基于混合模型的移动机器人同时定位与环境建模

提出一种基于混合地图模型的融合声纳传感器观测信息与里程计信息的同时定位与环境建模(SLAM)方法.该方法用混合模型即栅格地图模型和直线特征地图模型表示环境地图.首先,采用三区域声纳模型以及贝叶斯法则构建栅格地图,并通过在空间和时间上融合不同时刻多个声纳传感器的信息提高地图精度.然后,引入霍夫变换提取直线特征,创建直线特征地图,并通过比较地图中直线段的方向相似性、共线性与交叠性,确定全局与局部地图是否匹配.最后,利用直线特征以及扩展卡尔曼滤波器(EKF),通过状态预测、观测预测、位姿更新3个阶段估计出机器人更新的位姿信息,校正构建的地图模型,从而实现机器人的同时定位与环境地图构建.仿真实验和真实环境实验验证了该算法的可行性与有效性.     

未知环境中移动机器人的环境探索与地图构建

研究了未知环境中移动机器人同时进行环境探索和地图构建问题.基于实时获取的激光传感器数据,设计了具有避障功能的环境探索策略,并对候选观测点的产生和评估方法进行了改进,使选择出的候选点能同时兼顾信息增益的最大化与环境信息的完整性,保证了环境探索的连续性和遍历性.在环境探索基础上,提出了以增长神经气网络的网络节点作为拓扑网络节点的环境地图模型,该模型利用神经气网络的增长特性,通过不断增加新的拓扑网络节点来对机器人周围未知环境的整体性知识进行抽取与表达,构建出了易于机器人理解的环境地图.仿真试验验证了本文所提方法的有效性.     

移动机器人同时定位和地图创建的一种新方法

为了实现室内环境中移动机器人的同时定位和地图创建，提出了一种新方法，该方法应用顺序蒙特卡罗方法，把定位和地图生成分成状态估计和参数估计，应用多粒子滤波器实现同时估计机器人位置和障碍物位置。环境感知采用机器人自身配置的声纳传感器，应用哈夫变换提取环境障碍物边界特征，用直线近似表示，并提出了一种可靠的特征匹配方法。Pioneer 2移动机器人在实际室内环境中完成的实验证明了该方法的可行性。     

基于简化可视图的环境建模方法

针对移动机器人全局路径规划中环境地图的构建问题，提出一种基于简化可视图的环境模型建立方法.该建模方法通过剔除环境中对路径规划结果不造成影响的障碍物来简化环境模型的表示.在环境建模期间，利用机器人的起点和目标点以及环境中保留的障碍物建立一种可视边的数量足够少的简化可视图，简化可视图中的可视边即为移动机器人的可行路径.根据简化可视图建立的环境地图提高了后续移动机器人路径规划算法的执行效率.仿真结果表明该建模方法简单且有效.     

激光数据聚类和Morphin算法下的机器人避障研究

为了解决移动机器人在未知环境下的避障问题,提出了一种从障碍物检测、预测到避撞的避障方法。设定圆形窗口作为机器人有效扫描区域,利用激光传感器采集到的数据结合聚类、匹配和分类算法确定障碍物类型和动态障碍物运动信息,绘制窗口内的动态局部地图来预测动态障碍物与机器人的碰撞关系,结合Morphin算法实现有效的避障。仿真实验表明,在该算法下移动机器人能够有效地检测出障碍物,进行碰撞预测,并做出合理地避障措施。     

未知环境中自主机器人环境探索与地图构建

研究了未知环境中自主机器人同时进行环境探索和拓扑地图构建问题．基于实时获得的激光传感器数据,提出了具有避障功能的环境探索策略．在环境探索的基础上,提出了以增长的神经气网络的网络节点作为拓扑网络节点的环境地图模型．该模型利用神经气网络的增长特性,通过不断增加新的拓扑网络节点来对机器人周围未知环境的整体性知识进行抽取与表达,构建出了易于机器人理解的环境地图．仿真试验验证了所提方法的有效性．     

移动机器人的障碍物群检测方法

利用激光和超声波传感器在用栅格表示法形成地图的基础上，提出了进行数据融合以提取环境特征的新方法：识别障碍物群。该方法能够在密集障碍物环境中为机器人的路径规划和避障提供准确的环境特征信息，提高机器人系统的自主性和实时性。实验结果表明了该方法的有效性。     

大环境下拓扑化栅格地图的多峰定位研究

通过对室内移动机器人定位研究发现,粒子滤波定位算法在较大的环境下效率低而且定位不准确。为了解决这个问题,提出一种基于拓扑化栅格地图的多峰粒子滤波定位方法。根据室内环境的特征不同,将栅格地图中的不同区域划分为若干拓扑节点。拓扑化栅格地图可以将地图的信息表现得更加简洁。通过对地图中不同的节点进行一次预匹配,来加快机器人定位的效率和准确性,同时为了消弭相似节点带来的影响,最后通过多峰粒子滤波的方法完成机器人的定位。实验结果证明该方法可以有效解决大环境中机器人定位不准确和效率低下等问题,可以帮助机器人实现大环境中的准确而快速定位。     

面向移动机器人的拓扑地图自动生成

提出了一种在区域内自动提取拓扑地图的混合算法.该算法通过定义拓扑点和线.在对已知环境定位的基础上,利用腐蚀法计算出所知环境的骨骼路径,应用区别算法区分出各个组成路径的拓扑点的属性值.考虑到在单独使用腐蚀法的情况下,无法准确地得到机器人路径规划所需的关键驻点位置及方向等信息,提出了一种改进的图像骨骼化混合算法,并提出了实现完整拓扑地图的约束方法,对传统的路径规划方法做出了改进.仿真实验表明,该方法生成的拓扑地图克服了传统算法中的缺点,得到了较好的结果.     

基于仿生的机器人室内地图构建方法的研究

针对现有机器人室内地图构建算法复杂、数据量大、所需设备昂贵等问题,提出一种仿生的室内地图构建方法.该方法通过仿生人眼对颜色信息和深度信息的获取与处理,进行路径识别与路径测距.通过仿生人类对距离模糊处理的特点,运用模糊集方法进行距离判定与表示.采用二维码对环境中的标志物进行标注,形成地图定位点,通过数据库实现了地图拓扑构建与存储.实验结果表明,在复杂的室内环境中,机器人能够通过查询数据库中的地图实现在室内自主行走.     

基于可解空间法的视景路径规划仿真系统设计

提出一种新的可解空间粒子群寻路算法,并实现Vega Prime(VP)三维视景路径规划仿真系统。算法假设初始化的每个粒子都是一个潜在的可行解,都可到达终点。每个粒子在迭代的过程中不断更新位置,并记录下它们所经过的路径点的个数;迭代结束后,找出到达终点的粒子中路径点个数最少的粒子,将该粒子每次迭代时所经过的最优位置作为寻路路线。同时在VP大地图场景中,为矩形障碍物添加一个圆形的坡度,较好地解决了算法易陷入局部最优解的缺陷。该仿真系统的正确运行验证了算法的有效性及系统的实用性。     

基于二层结构的路径规划系统

本文提出了智能系统中的二层路径规划子系统,其中的全局路径规划层接收来自任务规划子系统的目标序列,针对已知的静态障碍环境信息,采用基于 Hopfield 人工神经网络(HANN)算法的新型路径规划方法,得出点到点的直线路径(预直线路径)序列,并进行了仿真。局部路径规划与跟踪层接收来自全局路径规划层的预直线路径,考虑全局路径规划层未知的静态和动态障碍,采用势场法来进行局部路径规划与跟踪,并进行了仿真。     

Topological Disk Mesh Morphing Based on Area-Preserving Parameterization

Mesh morphing is a technique which gradually deforms a mesh into another one. Mesh parameterization, a powerful tool adopted to establish the one-to-one correspondence map between different meshes, is of great importance in 3D mesh morphing. However, current parameterization methods used in mesh morphing induce large area distortion, resulting in geometric information loss. In this paper, we propose a new morphing approach for topological disk meshes based on area-preserving parameterization. Conformal mapping and Möbius transformation are computed firstly as rough alignment. Then area preserving parameterization is computed via the discrete optimal mass transport map. Features are exactly aligned through radial basis functions. A surface remeshing scheme via Delaunay refinement algorithm is developed to create a new mesh connectivity. Experimental results demonstrate that the proposed method performs well and generates high-quality morphs.     

个体机器人局部路径规划的人工力矩方法

针对个体机器人的局部路径规划问题,定义了最优路径代表点、危墙代表点等概念,以优化路径和避障.设计了吸引矩、排斥矩两种人工力矩函数,其中吸引矩常使机器人的基本运动方向线(PMDline)指向最优路径代表点而排斥矩则总使机器人的PMDline背向相应的危墙代表点.基于两种人工力矩,设计了机器人运动控制器.在机器人通向目标的路径被障碍阻断时,该控制器总使机器人沿其PMDline以最大步幅运动,所以无论环境多复杂,机器人也不会停止运动,即不会被陷住.还给出了最优路径代表点的求解算法、局部路径规划的一般步骤及一个仿真.仿真结果表明,给出的方法是可行且有效的.     

一种无先验地图的移动机器人导航方法

为了提高移动机器人在复杂环境下的无先验地图导航算法模型训练速度及导航成功率,提出一种基于深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient, DDPG)的移动机器人导航方法。利用2D激光雷达的均匀分布测距信息,降低环境噪声的干扰及高维度环境信息的计算量;采用人工势场法构建移动机器人从初始位置到目标点过程的奖励函数;通过Actor-Critic网络结构提高模型训练的稳定性和泛化能力。实验结果表明,提出的方法具有模型训练速度快、导航成功率高及泛化能力强等优点。     

采用分区场能切换法的路径规划

为解决改进人工势场法应用中出现的路径规划失败问题,提出了分区场能切换法,其包括地图标定和算法设计.先对地图中的障碍物按不同的形状进行分类标定,然后设定最小单元,设立绝对防御区和缓冲区.在不同的区域基于改进人工势场法重新设计算法,使机器人在绝对防御区只受斥力,在缓冲区受到斥力和引力,在缓冲区外只受引力,从而保证机器人往目标运动的过程中能快速靠近并成功避开障碍物.通过Matlab仿真实验,在标定好的地图中分别采用改进人工势场法和分区场能切换法,证明了所提方法的可靠性.     

基于鼠标跟踪的三维交互机制的研究

目的实现三维场景中符合自然习惯的六自由度的三维交互方式。方法在三维场景中建立一个和物理鼠标运动保持一致的3D鼠标(三维模型),3D鼠标在地图空间和视景体之内可以沿各个方向自由运动,超出时进行越界处理,以OpenGL的拾取机制为基础研究新的适用于3D鼠标的拾取方法。结果设计了一种基于鼠标跟踪的三维交互机制,描述了该机制的详细设计策略及原理,提出了3D鼠标运动、越界检测、拾取的有效算法,通过模拟实验实现了融于三维场景的真正意义上的3D鼠标。结论该3D鼠标操作逼真,能够在三维场景中自由运动、有效地进行越界检测以及精确地拾取三维场景中的物体,理论和实践证明该设计机制是可行的。     

海战场的目标检测与识别

针对海战场图像信息的目标检测与识别,提出了一种适于海战场区域特征的遥感图像目标检测与识别方法．研究采用线性滤波器将图像划分为若干个空间尺度,并对不同空间尺度的图像,根据生物视觉生理特性的原理,提取图像中目标的视觉显著性特征,此特征包含目标不同于其周围区域的程度和空间分布状态．根据分析提取的目标空间特征信息,使用支持向量机对视觉显著性特征图像进行分类,实现目标信息提取,并通过Dempster-Shafer证据理论的分析方法判断目标的相关信息及其置信度,达到识别目标的目的．实验结果表明：此方法能以高可靠性和高精确度检测出海战场图像信息中的目标,获取目标相关信息．     

基于双目视觉的部分遮挡行人检测算法

针对行人被障碍物部分遮挡导致的检测准确率降低问题,本文提出了基于多特征融合的树形路径半全局立体匹配的部分遮挡行人检测算法。本方法使用SLIC算法进行超像素分割,提升行人的轮廓信息,并使用多特征融合的树形路径半全局立体匹配算法生成深度图;对行人信息和背景信息及障碍物信息使用自适应分割算法进行分离,获取感兴趣区域;将感兴趣区域放置在行人特征明显且稳定的头肩部,进行感兴趣区域的约束;使用降维HOG进行特征提取并生成样本集,训练SVM分类器,最终实现部分遮挡的行人检测。实验表明,本文算法与其它行人检测算法相比,在行人部分遮挡场景下,有着更高的行人检测准确率,证明本文算法的有效性。