基于概率法的移动机器人无线网络定位系统

 作为一种全新的室内定位技术,将无线路由器的无线信号强度（Receive Signal Strength Indicator,RSSI）值应用在室内移动机器人定位领域。为实现室内移动机器人的定位,提出利用无线信号强度值定位的概率法,根据无线信号强度值在室内环境中的分布特点,分析概率法定位原理,开发一种基于VC++6.0平台室内移动机器人定位系统,该定位系统包括硬件平台和软件平台,并进行移动机器人定位实验,得到较好的定位实验结果。同时,分析机器人定位精度,确定影响定位精度的因素主要包括障碍物、人体、温度和湿度等。定位实验结果表明,在结构化环境下机器人定位的最大偏差为1.2758m,最小定位偏差为0.3007m,可以较好地满足室内移动机器人的定位要求。     

巡检机器人全球定位系统/里程计组合定位方法

摘要：针对巡检机器人在校园环境中工作时,GPS信号易受树荫及较高建筑物遮挡而出现定位不准确的问题,提出GPS和ODO组合定位方法。该方法以GPS坐标信息为初始位置,里程计信息为主导航,GPS接收机的脉冲信号作为实时修正数据,利用卡尔曼滤波算法对系统状态进行最优估计,得到较为准确的状态估计值,最后利用状态估计值去修正系统的导航误差。同时在实验平台上进行验证仿真,实验结果表明,机器人以150cm/s的速度行驶80s后其轨迹误差能控制在5cm以内,得出利用多传感器融合技术可以提高机器人的定位精度和可靠性的结论,即通过对GPS和ODO组合定位方法能够有效提高机器人实时定位精度。     

巡检机器人全球定位系统和里程计组合定位方法

针对巡检机器人在校园环境中工作时,全球定位系统(global positioning system,GPS)信号易受树荫及较高建筑物遮挡而出现定位不准确的问题,提出GPS和里程计组合定位方法。以GPS坐标信息为初始位置,里程计信息为主导航,GPS接收机的脉冲信号作为实时修正数据,利用卡尔曼滤波算法对系统状态进行最优估计,得到较为准确的状态估计值。最后利用状态估计值去修正系统的导航误差。同时在实验平台上进行验证仿真。结果表明,机器人以150 cm/s的速度行驶80 s后其轨迹误差能控制在5 cm以内,利用多传感器融合技术可以提高机器人的定位精度和可靠性,GPS和里程计组合定位方法能够有效提高机器人实时定位精度。     

基于RSSI的仿生SLAM算法研究

针对室内环境下移动机器人的定位问题,依靠视觉里程计进行的RatSLAM模型,通过局部场景模板匹配实现重定位来减少视觉里程计产生的累计误差。在静态环境下具有不错的鲁棒性,但在动态的环境中,如移动障碍物的出现,视觉里程计会提供错误的信息导致航迹出现较大的偏差,局部模板匹配由于环境的变化也会有错误匹配,导致移动机器人的定位精度不高,构图不准确。提出将RSSI定位与RatSLAM算法融合,通过信号定位提供的粗略定位点,确定精准区域的范围,用来修正位姿细胞和剔除错误模板以及达到对经历图的修正,实现了对原有RatSLAM算法的改进。     

一种基于IEKF的轮式移动机器人自定位算法

为使移动机器人在导航时能满足定位要求,提高其定位精度,提出一种将里程计、相机传感器和激光雷达信息进行融合的自定位算法。根据机器人的机械结构和运动方式对其建立运动学模型,由里程计推算出机器人在不同时刻的位置估计;利用相机传感器对环境中的路标特征进行识别并计算出两者之间的距离和夹角;将激光雷达所获得的机器人相对路标特征的距离和角度与相机传感器的信息进行匹配,并利用迭代扩展卡尔曼滤波(iterated extended Kalman filter, IEKF)算法融合里程计信息,最终得到较为精确的机器人的位置估计。仿真试验结果表明,该多传感器融合算法相对传统的定位方法具有更高的定位精度。     

基于Cricket无线定位的移动机器人控制系统

移动机器人系统的定位问题是移动机器人导航控制的前提.将Cricket无线定位技术与移动机器人控制系统相结合,建立一套基于无线传感器网络定位的机器人控制系统,完成了Cricket无线传感器网络定位系统与移动机器人系统的信息传输与集成,实现对移动物体的定位、导航与控制.在静止情况下,Cricket系统的定位精度较好,定位采样数据误差在3cm内波动.当移动物体以较快速度变换位置时,系统的延时时间约为60ms左右.     

多假设跟踪的移动机器人SLAM算法

针对基于视觉定位的移动机器人自主定位过程中容易产生多种候选位姿.提出一种基于多假设跟踪的同时定位和地图创建方法.该方法通过提取图像SIFT特征进行视觉量测,修正里程计累计误差,再利用多假设跟踪方法获得当前时刻的最优位姿,实时产生环境的栅格地图,并且随着机器人的位姿变化实时更新.研究结果表明:此算法不仅能够较好地创建环境地图,而且能够有效解决机器人"绑架"问题,提高自主定位精度.     

基于ROS的移动机器人导航系统研究与仿真

针对移动机器人的自主环境感知与自主导航问题,本文提出了一种基于机器人操作系统(ROS),并结合同步定位与地图构建技术(SLAM)与路径规划的多目标点导航方式。首先利用GAZEBO仿真平台建立基于阿克曼结构的四轮机器人和仿真环境。然后利用SLAM技术,构建仿真环境的二维栅格地图。最后利用多目标点导航算法,开展机器人针对多个目标区域的自主导航测试。并通过调整TEB参数,优化机器人的运动轨迹。实验结果表明:机器人有效完成了多个目标区域的自主导航任务,并且规划路径较为合理,运行过程较为平稳。     

基于异步卡尔曼滤波的移动机器人动态定位

针对室内移动机器人动态定位在网络盲区中失效的情况,提出一种根据机器人周围网络环境动态选择信标节点,完成自主定位的系统.利用扩展卡尔曼滤波后的RSSI完成测距,然后采用极大似然算法完成定位,再用异步卡尔曼算法修正定位误差.该算法成功地将经典卡尔曼滤波与其他定位算法相结合,对于定位算法的结果进行平滑和优化,修正和改进定位精度.尤其在网络盲区中,采用异步卡尔曼滤波获得最优数据.仿真实验表明该系统针对移动机器人自主动态定位具有精度高、适应性强、鲁棒性好等特点.     

基于曲率分析的地图匹配算法研究

导航定位系统是车载系统的主要组成部分,其中地图匹配又是提高定位精度的重要技术。从数字地图本身的属性特征出发,研究了一种基于曲率分析的地图匹配算法。通过车载实验数据对算法加以验证,其结果表明改进后的算法能够获得较高的定位精度和更可靠的匹配性能。     

基于异质传感器信息融合的移动机器人SLAM研究

针对采用单一传感器在移动机器人同步定位与构图(SLAM)中存在定位精度低、构图不完整等问题,提出一种基于Kinect视觉传感器和激光传感器信息融合的SLAM算法。首先将Kinect传感器获取的深度图像经过坐标系转换得到三维点云、通过限制垂直方向滤波器过滤三维点云的高度信息、再将剩余三维点云投影到水平面并提取边界点云信息转化为激光扫描数据;然后与激光传感器的扫描数据进行数据级的信息融合;最后输出统一数据实现移动机器人的构图及自主导航。实验结果表明,该方法能够准确的检测小的及特征复杂的障碍物,能够构建更精确、更完整的环境地图,且更好地完成移动机器人自主导航任务。     

SLAM仿真系统在智能移动机器人中的应用研究

为实现机器人的自主导航,采用了SLAM三层结构的仿真模型,通过对产生环境地图和实体对象程序的设计,并采用面向对象的设计方法,模拟了一种基于MATLAB的SLAM仿真系统,借助于对内部和外部传感器的数据采集文件的模拟应用,同时完成了机器人的定位和环境地图的构建.     

北斗导航辅助移动机器人同时定位和地图构建研究

针对未知环境下移动机器人实时构图和导航问题,将基于激光的环境特征提取和地图构建技术与北斗卫星导航相结合,设计了一种基于特征地图的移动机器人自主导航系统。利用激光提取环境信息,采用点和直线段进行环境表示,结合里程计进行定位,同时进行地图构建。然后在地图上关联北斗坐标,丰富地图信息,根据路径规划方法实现移动机器人自主导航。在Poineer3-AT机器人上实验表明:该方法能够快速提取直观的表示环境信息,并实现自主导航功能,有效提高了移动机器人导航能力。     

一种基于障碍物群的移动机器人数据融合方法

首先给出了一种通过融合多个超声波传感器和一台激光全局定位系统的数据建立机器人环境地因的方法，并在此基础上，首次提出了机器人在非结构环境下识别障碍物的一种新方法，即基于障碍物群的方法．该方法的最大特点在于它可以更加简洁、有效地提取和描述机器人的环境特征，这对于较好地实现机器人的导航、避障，提高系统的自主性和实时性是至关重要的．大量的实验结果表明了该方法的有效性．     

Atmospheric Pressure-Aware Seamless 3-D Localization and Navigation for Mobile Internet Devices

This paper describes a seamless three-dimensional (3-D) localization and navigation system for smartphones.The smartphone includes an atmospheric pressure sensor to measure the user’s altitude that is combined with the outdoor Global Positioning System (GPS) and indoor WiFi-APs localization systems in a seamless 3-D localization system.The smartphone software also provides seamless navigation services by updating map information for both indoor and outdoor locations through the mobile Internet.The indoor floor information calculated from the altitude information is used to project localization anchor nodes,e.g.,WiFi-AP,on different floors onto the user’s floor with an indoor 3-D localization algorithm using projection distances based on a Received Signal Strength (RSS) algorithm.Tests show that the 3-D method reduces systematic errors and achieves much higher accuracy than the traditional two-dimensional localization method.     

基于证据理论的车辆组合导航系统的信息融合

由于车载GPS(G lobal Position ing System)接收机的定位精度通常受卫星状况和道路环境的影响,同时DR(Dead Reckon ing)系统的距离和航向传感器随着行驶距离的增加,会产生误差积累,这些误差使传感器的定位轨迹偏离车辆所在的实际位置。为此,在信息融合理论的基础上,利用高精度的电子地图对导航系统提供的车辆位置进行修正,以车辆位置到匹配道路的距离、车辆行驶方向与道路方向的夹角作为评判可信度的证据,提出了基于D-S(Dempster-Shafer)证据推理的信息融合方法。实际跑车实验表明,该地图匹配融合方法能够使车辆导航系统的定位精度达到5 m左右。对于改善低成本的GPS/DR车辆导航系统的性能是个行之有效的方案。     

基于分层代价地图的光伏电站清扫机器人导航方法

为更好地解决光伏电站清扫机器人工作时因缺少有效边界检测导致的跌落问题,并满足全覆盖清扫工作的需求,提出一种基于分层代价地图的导航方法.在传统分层代价地图的图层上,根据对光伏电站清扫机器人工作环境的分析,增加光伏阵列边界图层,建立清扫区域,使机器人工作空间约束在光伏阵列内;采用弓字形清扫路径和多点巡航清扫策略相结合的导航...     

基于机器人操作系统的移动机器人激光导航系统

为了验证激光导航的先进性及机器人操作系统(robot operating system,ROS)的便捷性,进一步对机器人导航机理进行研究,提出了改进粒子滤波算法及改进A*路径规划,分别应用于地图构建和路径规划,并搭建了基于ROS平台的移动机器人导航试验平台,该平台具有低成本、高性能的特点。试验平台由上位机和移动机器人组成,上位机实现对机器人的控制,移动机器人配置有工控机和激光传感器,机器人通过激光传感器采集环境信息,为实现即时定位及地图构建功能提供数据支撑。研究并构建基于ROS的地图构建和自主导航功能包并通过实际环境进行试验验证。试验结果表明:构建功能包可用于机器人的激光导航中,该激光导航系统的可行且具有一定的稳定性与可靠性。     

Autonomous map query: robust visual localization in urban environments using Multilayer Feature Graph

When a vehicle travels in urban areas,onboard global positioning system(GPS) signals may be obstructed by high-rise buildings and thereby cannot provide accurate positions.It is proposed to perform localization by registering ground images to a 2D building boundary map which is generated from aerial images.Multilayer feature graphs(MFG) is employed to model building facades from the ground images.MFG was reported in the previous work to facilitate the robot scene understanding in urban areas.By constructing MFG,the 2D/3D positions of features can be obtained,including line segments,ideal lines,and all primary vertical planes.Finally,a voting-based feature weighted localization method is developed based on MFGs and the 2D building boundary map.The proposed method has been implemented and validated in physical experiments.In the proposed experiments,the algorithm has achieved an overall localization accuracy of 2.2m,which is better than commercial GPS working in open environments.     

移动机器人同时定位与建图室内导航地图研究

针对当前视觉同时定位与建图(simultaneous localization and mapping,SLAM)生成的点云地图不能满足路径规划和导航的需要,提出一种室内移动机器人的导航地图制备方法.首先,通过SLAM估计相机位姿,后端优化后生成室内场景的三维点云地图;其次,根据地面移动机器人的运动约束及结构特点分情况讨论,推导点云相对于地面的二维坐标,同时对点云进行地面与障碍的分离、截取与筛选;最后,根据栅格占据状况有序构建出导航地图.实验结果表明,基于点云坐标的障碍物截取准确度高于地面拟合截取方法,所建地图精度与完整度均高于传统方法.室内移动机器人能基于该地图进行路径规划与导航.