论文部分内容阅读
随着科学技术的发展，移动机器人越来越深入到人类生产生活中，甚至在某些极限条件下替代人去完成复杂而困难的任务。对未知环境的探索成为移动机器人研究领域中一个重要方向，而构建地图是移动机器人自主导航的基础，成为移动机器人领域的研究热点。 本文对移动机器人在未知环境下的同时定位与地图创建(SimultaneousLocalization and Mapping，SLAM)技术进行了研究，针对传感器信息的不确定性、不完整性以及三维环境地图创建过程中的纹理映射和实时性实现等问题，提出了基于传感器不确定性模型的贝叶斯去噪、多传感器信息融合以及基于纹理映射的快速三维环境纹理栅格地图创建方法。为便于系统控制，研究开发了带有图形用户界面的地图创建软件。主要工作有如下几方面： 1.基于传感器不确定性模型的贝叶斯滤波去噪方法。 针对地图创建过程中的不确定性，设计了传感器不确定性模型。立体视觉对光照条件及环境纹理较为敏感，观测信息中含有大量噪声；激光测距仪对不同材质、不同亮度、不同颜色以及不同距离的物体存在测量误差，对某些障碍物存在漏检测现象。针对以上问题本文提出了基于传感器不确定性模型的贝叶斯去噪方法，提高了系统对噪声的容错能力。 2.基于地图融合规则的移动机器人二维SLAM方法。 激光测距仪虽然测量精度高，但只能获取某一高度平面的环境信息，因此创建的二维环境地图不完整。立体视觉能够获取相对完整的三维环境信息，但测量精度低。本文提出了一种基于地图融合规则的融合式局部环境地图创建方法，用立体视觉获取的环境信息补充激光测距仪漏检测的环境信息，在此基础上结合粒子滤波算法实现融合式移动机器人的同时定位与环境地图创建。 3.基于SLAM及纹理映射的三维环境地图创建方法。 针对三维环境地图创建过程中纹理映射及实时性实现问题，提出了基于融合式SLAM的三维环境纹理地图创建方法，该方法采用三维栅格地图，结合贝叶斯滤波，不仅减少了数据量，而且提高了系统对噪声的容错能力。同时，结合提出的实时纹理映射算法，通过对环境纹理的快速提取与映射，保证了三维纹理栅格地图创建的实时性。 4.基于图形用户界面的地图创建软件开发与实现。 为了克服空间距离，便于机器人的实时控制，开发了带有图形用户界面的地图创建软件。运用无线通信技术，用户可以通过图形用户界面实现对机器人(客户端)的远程控制，并且客户端能够将感器获取的环境信息反馈给计算机(服务器端)，实现地图的远程创建。 实验表明，本文所提的基于传感器不确定性模型的贝叶斯去噪、基于融合规则的多传感器信息融合以及基于纹理映射的快速三维环境纹理栅格地图创建方法是行之有效的，对机器人导航定位、路径规划研究具有一定的理论意义和实际应用价值。