SLAM移動機(jī)器人導(dǎo)航算法研究(碩士論文)
4.35萬字 69頁


摘 要
智能移動機(jī)器人是一種在復(fù)雜的環(huán)境下工作的具有自規(guī)劃、自組織、自適應(yīng)能力的機(jī)器人。導(dǎo)航算法的研究是智能機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)話題。智能導(dǎo)航的目的就是在沒有人干預(yù)下使機(jī)器人有目的地移動并完成特定任務(wù)，進(jìn)行特定操作。本文旨在結(jié)合國家自然科學(xué)基金和湖北省青年杰出人才基金項(xiàng)目的需求，研究移動機(jī)器人同時定位與制圖（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）問題，并在此基礎(chǔ)上，研究機(jī)器人導(dǎo)航算法，使得機(jī)器人在完全未知結(jié)構(gòu)化環(huán)境中實(shí)現(xiàn)“完全自主”。
文章首先回顧了導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，對導(dǎo)航技術(shù)中的核心問題：定位與制圖進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出了機(jī)器人定位與制圖研究中存在的問題，包括制圖復(fù)雜度、數(shù)據(jù)匹配難度以及定位制圖關(guān)聯(lián)度等；在此基礎(chǔ)上引出了本研究的重點(diǎn)：移動機(jī)器人同時定位與制圖（SLAM）算法，并對其算法構(gòu)架、屬性、以及分類等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了介紹。針對基于點(diǎn)特征的同時定位與制圖算法中存在的計(jì)算復(fù)雜度與信息豐富度之間的矛盾，本文提出了一種基于線特征的同時定位與制圖算法。文章對基于線特征的SLAM算法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，給出了包括機(jī)器人運(yùn)動模型、觀測模型的建立、數(shù)據(jù)匹配、狀態(tài)更新、地圖建立、地圖管理等方面的相關(guān)公式；并通過仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了本算法的正確性與可靠性。
針對導(dǎo)航算法中對路徑規(guī)劃的要求，本研究中著重考慮了機(jī)器人的局部規(guī)劃即：避障；并對避障算法VFH/VFH＋進(jìn)行了剖析。根據(jù)VFH/VFH＋算法與SLAM算法的特點(diǎn)，將二者相結(jié)合，形成了一種新的機(jī)器人導(dǎo)航算法。該導(dǎo)航算法較基于VFH/VFH＋的導(dǎo)航算法而言，使用范圍更廣，導(dǎo)航效果更佳。



目 錄

第1章 緒 論 1
1.1課題研究的目的與意義 1
1.2課題研究的內(nèi)容 2
1.3論文組織結(jié)構(gòu) 2
第2章 移動機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù) 4
2.1機(jī)器人導(dǎo)航概述 4
2.2移動機(jī)器人導(dǎo)航方式 4
2.3移動機(jī)器人的定位問題 6
2.4移動機(jī)器人的制圖問題 7
2.4.1 地圖的類型 7
2.4.2機(jī)器人制圖存在的問題 8
2.4.3 同時定位與制圖問題 9
2.5 本章小結(jié) 10
第3章 同時定位與制圖（SLAM）算法 11
3.1 同時定位與制圖算法介紹 11
3.1.1 SLAM算法性質(zhì) 11
3.1.2 SLAM算法分類 12
3.2 基于特征SLAM算法構(gòu)架簡介 14
3.3傳感器的選擇及特征提取 15
3.3.1傳感器選擇 15
3.3.2特征提取 17
3.4噪音模型建立 17
3.5濾波技術(shù)簡介 17
3.6卡爾曼濾波簡介 18
3.6.1線性卡爾曼濾波簡介 19
3.6.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF）簡介 21
3.7 本章小結(jié) 22
第4章 一種基于線特征SLAM算法研究 24
4.1過程模型建立 24
4.2 觀測模型的建立 26
4.3 算法的實(shí)施 26
4.3.1 機(jī)器人運(yùn)動初始化 26
4.3.2 數(shù)據(jù)匹配 27
4.3.3 狀態(tài)更新 30
4.3.4 新信息處理 31
4.3.5 地圖管理 32
4.4 SLAM算法仿真 33
4.4.1 仿真環(huán)境的創(chuàng)建 33
4.4.2 SLAM算法示例 35
4.5本章小結(jié) 37
第5章 機(jī)器人避障算法 38
5.1 常見的避障算法介紹 38
5.2 VFH避障算法介紹 39
5.2.1 （Certainty Value）值的確定 39
5.2.2 VFH算法闡述 41
5.2.3 VFH+ 算法闡述 43
5.3 VFH+算法仿真 47
5.3.1 仿真環(huán)境的創(chuàng)建 47
5.3.2 仿真結(jié)果說明 49
5.4 本章小結(jié) 51
第6章 基于SLAM的導(dǎo)航算法 52
6.1基于SLAM的導(dǎo)航算法介紹 52
6.2基于SLAM的導(dǎo)航算法特點(diǎn) 53
6.3導(dǎo)航新算法的仿真 54
6.4本章小結(jié) 55
第7章 全文總結(jié)及展望 56
7.1全文總結(jié) 56
7.2本文主要貢獻(xiàn) 57
7.3未來研究方向 57
參考文獻(xiàn) 58
致 謝 62
作者攻讀碩士期間參與項(xiàng)目及發(fā)表的論文 63


參考文獻(xiàn)
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