服务机器人即时定位与地图构建技术研究
发布时间：2021-01-03 01:45
在全球老年化趋势不断增长的情况下,服务机器人可以辅助完成一些日常生活需求,甚至可能代替人类去照顾老年人,从而缓解人口老龄化带来的负面影响。即时定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）技术作为服务机器人的核心技术,一直是该领域的研究热点。本文首先介绍服务机器人以及其核心SLAM技术的国内外研究现状,然后针对室内服务机器人的SLAM问题,使用单目相机与惯性传感器,完成了室内地图的构建,完成机器人的定位与运动轨迹的跟踪。论文的主要研究内容如下:1、使用MARG（Magnetic,Angular rate and Gravity,MARG）传感器完成室内服务机器人的定位与跟踪。为提高机器人运动轨迹定位与跟踪的精度,在加速度计和陀螺仪的基础上融合三轴磁力计,组成MARG传感器作为惯性传感单元。引入PI控制（Proportional Integral Controller,PI）算法,利用陀螺仪计算出的姿态矩阵,对加速度计和磁力计测量值进行坐标系转换。转换时产生的转换误差,可以用来修正姿态矩阵,从而提高整体的定位精度。最终实验结果表明平...
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 服务机器人的定义及分类
1.3 服务机器人的研究意义
1.4 国内外服务机器人研究现状
1.4.1 国外服务机器人研究现状
1.4.2 国内服务机器人研究现状
1.5 SLAM研究背景和意义
1.6 SLAM技术国内外研究现状
1.6.1 国外SLAM研究现状
1.6.2 国内SLAM研究现状
1.7 论文主要内容和结构
第2章 SLAM算法介绍
2.1 SLAM算法详解
2.2 常用的地图表示方法
2.3 SLAM问题的数学模型
2.4 本章小结
第3章 惯性导航定位技术
3.1 惯性导航系统概述
3.2 MARG融合轨迹跟踪算法
3.2.1 数据预处理
3.2.2 解算姿态矩阵
3.2.3 修正旋转矩阵
3.2.4 求解速度更新方程
3.2.5 求解位移更新方程
3.3 传感器选型
3.4 实验结果与分析
3.5 本章小结
第4章 单目视觉的地图三维重建
4.1 摄像机成像模型
4.1.1 四个坐标系
4.1.2 针孔相机模型
4.1.3 相机标定
4.1.4 标定结果
4.2 图像的特征提取与匹配
4.2.1 特征点提取
4.2.2 特征匹配
4.2.3 特征提取与匹配实验
4.3 相机位姿估计
4.3.1 图像对极几何关系
4.3.2 基础矩阵和本质矩阵
4.3.3 本质矩阵中恢复R和t
4.3.4 三角法求深度
4.4 实验结果与分析
4.4.1 运动参数估计
4.4.2 稀疏场景三维重建
4.5 本章小结
第5章 融合IMU和单目相机的SLAM研究
5.1 VI-SLAM融合方法介绍
5.2 VINS-MonoSLAM简介
5.3 位姿图优化
5.3.1 图优化理论
5.3.2 位姿图构建
5.3.3 位姿图优化
5.4 实验结果与分析
5.5 本章小结
第6章 总结和展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SIFT和改进的RANSAC图像配准算法[J]. 贾雯晓,张贵仓,汪亮亮,秦娜. 计算机工程与应用. 2018(02)
[2]RGB-D SLAM综述[J]. 王旒军,陈家斌,余欢,朱汇申. 导航定位与授时. 2017(06)
[3]基于深度学习的视觉SLAM综述[J]. 赵洋,刘国良,田国会,罗勇,王梓任,张威,李军伟. 机器人. 2017(06)
[4]IMU辅助的室内单星定位方法[J]. 尚俊娜,刘参,施浒立,程涛,岳克强. 中国惯性技术学报. 2017(05)
[5]联合国发表多项议题,关注世界人口老龄化问题[J]. 刘琪. 上海城市管理. 2017(05)
[6]基于SIFT算法的单目视觉SLAM路标观测研究[J]. 王世浩,倪建军,王康,吴榴迎. 信息技术. 2017(03)
[7]转折中的中国人口——《国家人口发展规划（2016-2030）》解读[J]. 穆光宗. 中国社会工作. 2017(05)
[8]聚焦全面两孩政策实施 促进人口长期均衡发展——2016年中国人口学研究综述及2017年展望[J]. 陆杰华,张莉. 中国发展观察. 2017(Z1)
[9]视觉SLAM综述[J]. 权美香,朴松昊,李国. 智能系统学报. 2016(06)
[10]权值动态分配的加权平均法在姿态解算中的应用[J]. 江杰,高超,虞丽娜. 航空制造技术. 2016(11)
博士论文
[1]基于图像局部特征的康复机器人目标识别方法研究[D]. 聂海涛.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
硕士论文
[1]月面巡视器同时定位与制图算法研究[D]. 郑寒.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于低成本激光传感器移动机器人SLAM研究与实现[D]. 赵淑强.山东大学 2017
[3]基于多传感器的导盲机器人同时定位与地图构建[D]. 刘志.江苏科技大学 2017
[4]酒店服务机器人结构设计与运动控制研究[D]. 李巧艺.西南交通大学 2017
[5]GPS/Visual/INS多传感器融合导航算法的研究[D]. 王加芳.浙江大学 2017
[6]高动态惯性/卫星组合导航技术研究[D]. 韩乃龙.南京理工大学 2017
[7]面向移动机器人视觉导航的三维环境重建技术研究[D]. 黄丽.浙江理工大学 2017
[8]基于Kinect2的光伏清洗机器人实时环境重建与自主导航技术研究[D]. 张明明.哈尔滨工业大学 2016
[9]基于MPU6050的微小型无人机AHRS设计研究[D]. 于学鑫.内蒙古工业大学 2016
[10]我国工业机器人产业发展探究[D]. 喻一帆.华中科技大学 2016
本文编号：2954064
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 服务机器人的定义及分类
1.3 服务机器人的研究意义
1.4 国内外服务机器人研究现状
1.4.1 国外服务机器人研究现状
1.4.2 国内服务机器人研究现状
1.5 SLAM研究背景和意义
1.6 SLAM技术国内外研究现状
1.6.1 国外SLAM研究现状
1.6.2 国内SLAM研究现状
1.7 论文主要内容和结构
第2章 SLAM算法介绍
2.1 SLAM算法详解
2.2 常用的地图表示方法
2.3 SLAM问题的数学模型
2.4 本章小结
第3章 惯性导航定位技术
3.1 惯性导航系统概述
3.2 MARG融合轨迹跟踪算法
3.2.1 数据预处理
3.2.2 解算姿态矩阵
3.2.3 修正旋转矩阵
3.2.4 求解速度更新方程
3.2.5 求解位移更新方程
3.3 传感器选型
3.4 实验结果与分析
3.5 本章小结
第4章 单目视觉的地图三维重建
4.1 摄像机成像模型
4.1.1 四个坐标系
4.1.2 针孔相机模型
4.1.3 相机标定
4.1.4 标定结果
4.2 图像的特征提取与匹配
4.2.1 特征点提取
4.2.2 特征匹配
4.2.3 特征提取与匹配实验
4.3 相机位姿估计
4.3.1 图像对极几何关系
4.3.2 基础矩阵和本质矩阵
4.3.3 本质矩阵中恢复R和t
4.3.4 三角法求深度
4.4 实验结果与分析
4.4.1 运动参数估计
4.4.2 稀疏场景三维重建
4.5 本章小结
第5章 融合IMU和单目相机的SLAM研究
5.1 VI-SLAM融合方法介绍
5.2 VINS-MonoSLAM简介
5.3 位姿图优化
5.3.1 图优化理论
5.3.2 位姿图构建
5.3.3 位姿图优化
5.4 实验结果与分析
5.5 本章小结
第6章 总结和展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SIFT和改进的RANSAC图像配准算法[J]. 贾雯晓,张贵仓,汪亮亮,秦娜. 计算机工程与应用. 2018(02)
[2]RGB-D SLAM综述[J]. 王旒军,陈家斌,余欢,朱汇申. 导航定位与授时. 2017(06)
[3]基于深度学习的视觉SLAM综述[J]. 赵洋,刘国良,田国会,罗勇,王梓任,张威,李军伟. 机器人. 2017(06)
[4]IMU辅助的室内单星定位方法[J]. 尚俊娜,刘参,施浒立,程涛,岳克强. 中国惯性技术学报. 2017(05)
[5]联合国发表多项议题,关注世界人口老龄化问题[J]. 刘琪. 上海城市管理. 2017(05)
[6]基于SIFT算法的单目视觉SLAM路标观测研究[J]. 王世浩,倪建军,王康,吴榴迎. 信息技术. 2017(03)
[7]转折中的中国人口——《国家人口发展规划（2016-2030）》解读[J]. 穆光宗. 中国社会工作. 2017(05)
[8]聚焦全面两孩政策实施 促进人口长期均衡发展——2016年中国人口学研究综述及2017年展望[J]. 陆杰华,张莉. 中国发展观察. 2017(Z1)
[9]视觉SLAM综述[J]. 权美香,朴松昊,李国. 智能系统学报. 2016(06)
[10]权值动态分配的加权平均法在姿态解算中的应用[J]. 江杰,高超,虞丽娜. 航空制造技术. 2016(11)
博士论文
[1]基于图像局部特征的康复机器人目标识别方法研究[D]. 聂海涛.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
硕士论文
[1]月面巡视器同时定位与制图算法研究[D]. 郑寒.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于低成本激光传感器移动机器人SLAM研究与实现[D]. 赵淑强.山东大学 2017
[3]基于多传感器的导盲机器人同时定位与地图构建[D]. 刘志.江苏科技大学 2017
[4]酒店服务机器人结构设计与运动控制研究[D]. 李巧艺.西南交通大学 2017
[5]GPS/Visual/INS多传感器融合导航算法的研究[D]. 王加芳.浙江大学 2017
[6]高动态惯性/卫星组合导航技术研究[D]. 韩乃龙.南京理工大学 2017
[7]面向移动机器人视觉导航的三维环境重建技术研究[D]. 黄丽.浙江理工大学 2017
[8]基于Kinect2的光伏清洗机器人实时环境重建与自主导航技术研究[D]. 张明明.哈尔滨工业大学 2016
[9]基于MPU6050的微小型无人机AHRS设计研究[D]. 于学鑫.内蒙古工业大学 2016
[10]我国工业机器人产业发展探究[D]. 喻一帆.华中科技大学 2016
本文编号：2954064
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