基于群智能优化粒子滤波的机器人SLAM算法研究
发布时间：2021-06-03 20:36
同步定位与地图创建（SLAM）是移动机器人实现自主导航的关键技术。当下移动机器人的应用环境较为复杂,在地图特征密集的复杂环境中,SLAM算法的性能受到很大的影响。经典的SLAM算法在复杂环境中运用时存在估计精度低,实时性下降等问题,严重影响实际应用。因此本文就如何提高SLAM算法的定位与建图精度进行研究,这对推动移动机器人产业的发展,实现移动机器人自主导航具有重要的理论意义。SLAM是指机器人在未知环境中通过自身携带的传感器采集周围的环境信息,利用采集到的信息进行地图构建并实现自身定位的过程。本文讨论并建立移动机器人SLAM系统的运动模型、观测模型等,并描述了 SLAM问题的数学模型,为后续的算法研究奠定基础。针对粒子滤波算法中存在粒子退化和贫化,从而影响滤波精度的问题,本文借鉴群智能优化的思想,将改进的萤火虫算法运用到粒子滤波中,提出自适应闭环控制的萤火虫粒子滤波算法。该算法修正了萤火虫的位置更新公式,并对萤火虫算法中的光吸收系数和步长因子进行参数自适应调整,动态的平衡了算法全局寻优与局部寻优的能力,使得粒子分布更加合理,有效改善了粒子滤波算法中粒子退化和贫化的问题。仿真实验结果表明...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国外移动机器人应用示例
球鹰”型号的无人机，它属于远程高空飞行机器人。该款无人机搭载有电视摄像机、红外探测仪等装置，其技术处于世界领先水平，该无人机能够实现对于地面目标的全天24小时侦测。我国机器人自主导航技术的研究与美国等西方发达国家相比存在一定的差距，这不仅是因为我国机器人技术发展较晚，而且也与相关技术受到一定程度的封锁有关。但是经过科学研究人员近几十年的探索和攻关，我国机器人自主导航技术取得了很大的进步，在一些领域已经达到世界领先水平[10]。（1）拥有我国完全自主产权的第三代无人驾驶汽车“猛狮3号”，如图1.2所示，它由军事交通学院研发，是我国第一个经过官方认证的高速路测试无人驾驶汽车，它安装有多种传感器，如雷达探测器、卫星导航器、红外摄像头等。“猛狮3号”的测试实验在京津公路上进行，总行程达到114公里，总时长为1.42小时。（2）在2013年12月成功发射的嫦娥三号探测器中，装载了“玉兔号”月球车。如图1.3所示，它由中国航天科技有限公司自主设计研发。“玉兔号”月球车主要的任务有：①对月球表面地形地貌进行探测；②对月球地质主要元素进行分析；③对月壤的厚度和结构进行探测。“玉兔号”月球车应用的是远程地面遥控加自主分析导航模式，通过雷达、相机等辅助设备获取环境信息和自身姿态信息，并通过地面或车内装置对月球车进行控制。图1.2“猛狮3号”无人驾驶汽车图1.3“玉兔号”月球车（3）在2018年11月1日的百度世界大会上，一汽集团和百度联合发布了无人驾驶智能汽车，如图1.4（a）所示，该汽车装配有激光雷达、摄像头、避障雷达等传感器作为该车与外界环境进行交互的感知系统，同时为了提高位姿估计精度，该车还安装了组合导航系统。（4）“潜龙三号”水下机器人，如图1.4（b）所示，它是我国SLAM技?
程度的封锁有关。但是经过科学研究人员近几十年的探索和攻关，我国机器人自主导航技术取得了很大的进步，在一些领域已经达到世界领先水平[10]。（1）拥有我国完全自主产权的第三代无人驾驶汽车“猛狮3号”，如图1.2所示，它由军事交通学院研发，是我国第一个经过官方认证的高速路测试无人驾驶汽车，它安装有多种传感器，如雷达探测器、卫星导航器、红外摄像头等。“猛狮3号”的测试实验在京津公路上进行，总行程达到114公里，总时长为1.42小时。（2）在2013年12月成功发射的嫦娥三号探测器中，装载了“玉兔号”月球车。如图1.3所示，它由中国航天科技有限公司自主设计研发。“玉兔号”月球车主要的任务有：①对月球表面地形地貌进行探测；②对月球地质主要元素进行分析；③对月壤的厚度和结构进行探测。“玉兔号”月球车应用的是远程地面遥控加自主分析导航模式，通过雷达、相机等辅助设备获取环境信息和自身姿态信息，并通过地面或车内装置对月球车进行控制。图1.2“猛狮3号”无人驾驶汽车图1.3“玉兔号”月球车（3）在2018年11月1日的百度世界大会上，一汽集团和百度联合发布了无人驾驶智能汽车，如图1.4（a）所示，该汽车装配有激光雷达、摄像头、避障雷达等传感器作为该车与外界环境进行交互的感知系统，同时为了提高位姿估计精度，该车还安装了组合导航系统。（4）“潜龙三号”水下机器人，如图1.4（b）所示，它是我国SLAM技术水下环境应用的典型案例。“潜龙三号”机器人位姿的获取通过组合导航系统来实现，而避障
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人平台越野环境下同步定位与地图创建[J]. 刘忠泽,陈慧岩,崔星,熊光明,王羽纯,陶溢. 兵工学报. 2019(12)
[2]Continuous Probabilistic SLAM Solved via Iterated Conditional Modes[J]. J.Gimenez,A.Amicarelli,J.M.Toibero,F.di Sciascio,R.Carelli. International Journal of Automation and Computing. 2019(06)
[3]双足爬壁机器人三维壁面环境全局路径规划[J]. 卢俊华,朱海飞,梁经伦,管贻生. 哈尔滨工业大学学报. 2020(01)
[4]基于独狼蚁群混合算法的移动机器人路径规划[J]. 张毅,权浩,文家富. 华中科技大学学报(自然科学版). 2020(01)
[5]基于RGB-D传感器的室内服务机器人舒适跟随方法[J]. 孙月,刘景泰. 机器人. 2019(06)
[6]智能机器人的认知与学习[J]. 孙富春. 机器人. 2019(05)
[7]基于联合概率数据关联的车用多传感器目标跟踪融合算法[J]. 王鹏宇,赵世杰,马天飞,熊晓勇,程馨. 吉林大学学报(工学版). 2019(05)
[8]一种基于改进卡尔曼滤波的姿态解算算法[J]. 王晓初,李宾,刘玉县,郭帅良,范耀华. 科学技术与工程. 2019(24)
[9]多机器人同步定位与地图构建的地图融合算法的改进[J]. 马树军,杨磊,白昕晖,李忠明. 控制理论与应用. 2019(08)
[10]适应于搜救环境利用Ad hoc无线网络的机器人SLAM（英文）[J]. 王洪玲,张承进,宋勇,庞豹. Journal of Central South University. 2018(12)
硕士论文
[1]移动机器人即时定位与地图构建技术研究[D]. 李安旭.电子科技大学 2019
[2]复杂场景下机器人SLAM算法研究[D]. 赵挽东.哈尔滨工程大学 2019
本文编号：3211212
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国外移动机器人应用示例
球鹰”型号的无人机，它属于远程高空飞行机器人。该款无人机搭载有电视摄像机、红外探测仪等装置，其技术处于世界领先水平，该无人机能够实现对于地面目标的全天24小时侦测。我国机器人自主导航技术的研究与美国等西方发达国家相比存在一定的差距，这不仅是因为我国机器人技术发展较晚，而且也与相关技术受到一定程度的封锁有关。但是经过科学研究人员近几十年的探索和攻关，我国机器人自主导航技术取得了很大的进步，在一些领域已经达到世界领先水平[10]。（1）拥有我国完全自主产权的第三代无人驾驶汽车“猛狮3号”，如图1.2所示，它由军事交通学院研发，是我国第一个经过官方认证的高速路测试无人驾驶汽车，它安装有多种传感器，如雷达探测器、卫星导航器、红外摄像头等。“猛狮3号”的测试实验在京津公路上进行，总行程达到114公里，总时长为1.42小时。（2）在2013年12月成功发射的嫦娥三号探测器中，装载了“玉兔号”月球车。如图1.3所示，它由中国航天科技有限公司自主设计研发。“玉兔号”月球车主要的任务有：①对月球表面地形地貌进行探测；②对月球地质主要元素进行分析；③对月壤的厚度和结构进行探测。“玉兔号”月球车应用的是远程地面遥控加自主分析导航模式，通过雷达、相机等辅助设备获取环境信息和自身姿态信息，并通过地面或车内装置对月球车进行控制。图1.2“猛狮3号”无人驾驶汽车图1.3“玉兔号”月球车（3）在2018年11月1日的百度世界大会上，一汽集团和百度联合发布了无人驾驶智能汽车，如图1.4（a）所示，该汽车装配有激光雷达、摄像头、避障雷达等传感器作为该车与外界环境进行交互的感知系统，同时为了提高位姿估计精度，该车还安装了组合导航系统。（4）“潜龙三号”水下机器人，如图1.4（b）所示，它是我国SLAM技?
程度的封锁有关。但是经过科学研究人员近几十年的探索和攻关，我国机器人自主导航技术取得了很大的进步，在一些领域已经达到世界领先水平[10]。（1）拥有我国完全自主产权的第三代无人驾驶汽车“猛狮3号”，如图1.2所示，它由军事交通学院研发，是我国第一个经过官方认证的高速路测试无人驾驶汽车，它安装有多种传感器，如雷达探测器、卫星导航器、红外摄像头等。“猛狮3号”的测试实验在京津公路上进行，总行程达到114公里，总时长为1.42小时。（2）在2013年12月成功发射的嫦娥三号探测器中，装载了“玉兔号”月球车。如图1.3所示，它由中国航天科技有限公司自主设计研发。“玉兔号”月球车主要的任务有：①对月球表面地形地貌进行探测；②对月球地质主要元素进行分析；③对月壤的厚度和结构进行探测。“玉兔号”月球车应用的是远程地面遥控加自主分析导航模式，通过雷达、相机等辅助设备获取环境信息和自身姿态信息，并通过地面或车内装置对月球车进行控制。图1.2“猛狮3号”无人驾驶汽车图1.3“玉兔号”月球车（3）在2018年11月1日的百度世界大会上，一汽集团和百度联合发布了无人驾驶智能汽车，如图1.4（a）所示，该汽车装配有激光雷达、摄像头、避障雷达等传感器作为该车与外界环境进行交互的感知系统，同时为了提高位姿估计精度，该车还安装了组合导航系统。（4）“潜龙三号”水下机器人，如图1.4（b）所示，它是我国SLAM技术水下环境应用的典型案例。“潜龙三号”机器人位姿的获取通过组合导航系统来实现，而避障
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人平台越野环境下同步定位与地图创建[J]. 刘忠泽,陈慧岩,崔星,熊光明,王羽纯,陶溢. 兵工学报. 2019(12)
[2]Continuous Probabilistic SLAM Solved via Iterated Conditional Modes[J]. J.Gimenez,A.Amicarelli,J.M.Toibero,F.di Sciascio,R.Carelli. International Journal of Automation and Computing. 2019(06)
[3]双足爬壁机器人三维壁面环境全局路径规划[J]. 卢俊华,朱海飞,梁经伦,管贻生. 哈尔滨工业大学学报. 2020(01)
[4]基于独狼蚁群混合算法的移动机器人路径规划[J]. 张毅,权浩,文家富. 华中科技大学学报(自然科学版). 2020(01)
[5]基于RGB-D传感器的室内服务机器人舒适跟随方法[J]. 孙月,刘景泰. 机器人. 2019(06)
[6]智能机器人的认知与学习[J]. 孙富春. 机器人. 2019(05)
[7]基于联合概率数据关联的车用多传感器目标跟踪融合算法[J]. 王鹏宇,赵世杰,马天飞,熊晓勇,程馨. 吉林大学学报(工学版). 2019(05)
[8]一种基于改进卡尔曼滤波的姿态解算算法[J]. 王晓初,李宾,刘玉县,郭帅良,范耀华. 科学技术与工程. 2019(24)
[9]多机器人同步定位与地图构建的地图融合算法的改进[J]. 马树军,杨磊,白昕晖,李忠明. 控制理论与应用. 2019(08)
[10]适应于搜救环境利用Ad hoc无线网络的机器人SLAM（英文）[J]. 王洪玲,张承进,宋勇,庞豹. Journal of Central South University. 2018(12)
硕士论文
[1]移动机器人即时定位与地图构建技术研究[D]. 李安旭.电子科技大学 2019
[2]复杂场景下机器人SLAM算法研究[D]. 赵挽东.哈尔滨工程大学 2019
本文编号：3211212
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