栅格地图中基于改进粒子滤波的SLAM

针对移动机器人在未知环境中导航时由于机器人本身位置不确定、所处环境不可预知等问题,提出了一种在栅格地图中基于改进粒子滤波的SLAM定位算法.首先利用贝叶斯规则更新环境信息;然后利用改进粒子滤波对机器人进行定位,地图更新和机器人定位交替进行,直到将整个环境探测完毕.仿真结果表明:该算法在SLAM中增强了实时性,比较精确地...     

一种遗传算法优化的无味粒子滤波方法

提出了一种采用遗传算法（GA）优化无味粒子滤波（UPF）的新方法遗传无味粒子滤波器（GAUPF）．在无味粒子滤波（UPF）获得比传统粒子滤波（PF）算法更好的重要性采样分布函数的基础上将遗传机制应用于粒子重采样,以进化设计思想克服粒子退化现象,通过优化UPF算法更好地解决了非线性、非高斯领域的目标跟踪问题．仿真结果表明,该算法较好地解决了粒子退化问题,提高了滤波的精确性．     

改进粒子滤波器的移动机器人同步定位与地图构建方法

传统的基于粒子滤波器的移动机器人同步定位与地图构建(SLAM)方法往往随着迭代次数的增加会产生粒子退化的问题,提出了一种基于人工鱼群算法与定向重采样思想的改进的粒子滤波器用于移动机器人SLAM问题。方法首先将人工鱼群算法引入到粒子滤波器中,从而使得粒子分布在重采样之前就更加接近真实情况,然后利用定向重采样的方法,使得新产生的粒子更加接近于真实的运动情况,从而提高了机器人的位置估计精度与地图创建精度。仿真实验结果证明了该方法能够得到更多的有效粒子,而且能够提高粒子的多样性,并且提高SLAM性能。     

一种改进的边缘粒子滤波SLAM方法

提出了一种改进的同时定位与地图创建(SLAM)方法--遗传优化Marginal-SLAM算法用于机器人导航,将Marginal-SLAM算法与遗传算法相结合,继承了Marginal-SLAM算法权值方差较低的优点对粒子集进行优化,进一步提高了算法的综合性能.将地图视为模型的参数,并由递归极大似然估计法得到,位姿估计采用边缘粒子滤波方法求取.设计了一种与Marginal-SLAM算法兼容的遗传算法,融合最新的观测信息来优化粒子集,同时兼顾粒子集的多样性,提高了粒子集的性能.仿真实验表明,该遗传优化Marginal-SLAM算法在有效粒子数和权值方差方面都很好的表现,路径和地图估计的精度也有一定提高.     

基于粒子滤波的移动机器人SLAM算法

针对FastSLAM算法对传感器精度要求较高,不适用于方向性差的超声传感器问题,提出了一种基于超声概率栅格地图环境特征点提取匹配的移动机器人粒子滤波同时定位与地图创建(SLAM)算法.该算法可分解为机器人位姿估计和环境路标估计2个部分.基于蒙特卡罗定位原理利用粒子滤波算法对机器人运动轨迹进行估计;在建立全局超声概率栅格地图的基础上,利用概率栅格地图环境特征提取算法对环境路标坐标进行估计.实验证明,该算法较好地解决了超声测距传感器由于散射角大带来的特征点估计不准的问题,对环境路标和机器人轨迹的估计都比较准确.并对移动机器人累计误差进行了有效的补偿,减少了由于累积误差造成的移动机器人轨迹扭曲失真.     

基于分布式控制系统的多机器人地图构建

针对目前多机器人构建地图的动态分区方法对机器人之间协作的限制问题,提出一种基于分布式控制系统的改进方法。该方法通过坐标转换把机器人的局部坐标信息转换到全局坐标中,利用Adhoc网络对信息进行传递,加强机器人间的协作关系。对信息进行汇总,利用栅格法构建地图。通过在机器人平台实验证明了该方法的可行性和有效性。     

基于分布式控制系统的多机器人地图构建

针对目前多机器人构建地图的动态分区方法对机器人之间协作的限制问题,提出一种基于分布式控制系统的改进方法。该方法通过坐标转换把机器人的局部坐标信息转换到全局坐标中,利用Ad hoc网络对信息进行传递,加强机器人间的协作关系。对信息进行汇总,利用栅格法构建地图。通过在机器人平台实验证明了该方法的可行性和有效性。     

基于改进ORB-SLAM2算法的RGB-D稠密地图构建

针对传统ORB-SLAM2系统无法稠密建图以及缺少可应用于移动机器人在特定场景下导航与路径规划的八叉树地图等问题,提出了一种改进RGB-D ORB-SLAM2算法.该算法利用深度信息,通过针孔成像模型计算出关键帧点云的三维空间位置,采用离群点滤波去除多余杂点,体素滤波保留具有特征信息的点云进行拼接,降低地图冗余度,并经过稠密回环处理进一步优化更新关键帧的点云位姿,构建出精确的稠密点云地图并转换为八叉树地图.试验数据表明,相比于RGB-D SLAMV2系统,RGB-D ORB-SLAM2系统的全局轨迹误差和相对位姿误差提升有50%以上,均方根误差为0.89%,均值误差为0.76%;在建图性能方面,相比于同类型算法,点云数量平均降低约30%.此外,八叉树地图相比于点云地图,仅占其内存的0.6%,更加满足了高精度、快速性的导航需求.     

基于视觉SLAM的物体实例识别与语义地图构建

针对目前面向语义同步定位与地图构建(SLAM)研究大多需要已知三维对象模型作为先验知识,或者只对有限的几种物体的类别进行语义分割,而没有区分对象的个体的问题,结合目前先进的基于深度学习的实例分割算法和视觉SLAM算法提出了一种面向实例个体的物体识别和语义地图构建方法,使得机器人不仅获得了面向导航的环境几何信息,而且掌握了面向物体个体的属性和位置信息.该方法利用由视觉SLAM算法获得的图像帧间几何一致性约束来促进连续图像帧中物体匹配与识别结果,提高物体实例识别的精度,同时结合实例识别结果完成语义建图的任务.最后实现了基于视觉SLAM算法的物体实例识别与语义地图构建系统,并在ICL-NUIM数据集上进行实验,实验结果表明该系统能够基本完整地识别场景中的各种物体并生成环境的语义地图,验证了本方法的有效性.     

基于优化RBPF的同时定位与地图构建

以优化的Rao-Blackwellized粒子滤波器(RBPF)为基础,实现了室内移动机器人同时定位与地图构建(SLAM).结合移动机器人的运动模型和观测模型,设计一种基于退火参数优化混合提议分布的RBPF算法,以退火参数调控两者在混合提议分布中的比例,使改进的提议分布更加接近真实状态;针对重采样后粒子退化效应,提出一种基于等级的自适应局部重采样(APRR)算法.在机器人操作系统(ROS)平台上,使用配有URG激光器的Pioneer3-DX机器人对改进算法进行实验验证,结果表明:改进算法能减少所需粒子数,保持粒子多样性,降低计算复杂度,在不同环境下在线创建高精度的2-D栅格地图.     

A FastSLAM Algorithm Based on the Improved Auxiliary Particle Filter with Stirling Interpolation

The choice of the particle's distribution model and the consistency of the result are very important for FastSLAM.The improved auxiliary variable model with FastSLAM,and Stirling Interpolation which is used to approximate the nonlinear functions are provided.This approach improves the precision of the approximation for the nonlinear functions,conquers the drawback of the FastSLAM1.0 by using a model ignoring the measurement data,enhances the estimation consistency of the robot pose,and reduces the degradati...     

SLAM中融合形状上下文和随机步进的图匹配数据关联算法

提出了一种在非确定环境下求解SLAM数据关联问题的图匹配算法. 算法建立了SLAM中数据关联的图论模型,对图模型节点提取了不依赖位置信息的形状上下文特征(shape context,SC),最后通过二次加权随机步进算法(reweighted random walks,RRW)得到图匹配问题的优化解. RRW&SC图匹配算法充分利用了路标间的拓扑结构关系以及路标间的形状结构,极大地扩展了数据关联时所依据的几何信息量. 仿真实验结果表明,与传统算法相比,该算法能有效处理SLAM中噪声干扰增加、机器人迷失、路标被动态遮挡等不确定程度高、歧义性大环境中的数据关联.      

基于粒子群优化的移动机器人SLAM方法

针对传统Rao-Blackwellized粒子滤波器存在的粒子消耗问题,提出了一种基于粒子群优化的移动机器人同步定位与制图方法. 该方法在粒子重采样过程中利用粒子群优化算法获得机器人位姿的建议分布,并引入遗传算法中的交叉和变异操作对求得的粒子集进一步优化、调整. 改进后的粒子分布保持了粒子的多样性,有效提高了机器人位姿估计的一致性. 仿真结果表明,本文提出的方法与传统Rao-Blackwellized粒子滤波器相比,能有效解决粒子耗尽问题,使机器人获得更精准的定位和更准确的地图,具有可行性、实用性.      

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.     

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。     

基于自适应无迹卡尔曼滤波的分布式驱动电动汽车车辆状态参数估计

以精确估计车辆状态参数为目标,提出了一种基于自适应无迹卡尔曼滤波的车辆状态参数估计算法,采用非线性三自由度车辆模型,将模糊控制与无迹卡尔曼滤波算法相结合,实现对系统测量噪声的自适应调整,通过对方向盘转角,纵向加速度和横向加速度等低成本传感器信息融合实现对质心侧偏角和横摆角速度的状态估计.应用CarSim与Matlab/Simulink建立分布式驱动电动汽车整车模型并且联合仿真对估计算法的有效性进行验证.结果表明自适应无迹卡尔曼滤波比无迹卡尔曼滤波更能有效准确地进行车辆状态参数估计,在双移线工况中,质心侧偏角估计精度提高了6.7%,横摆角速度估计精度提高了4.8%.      

基于无迹粒子滤波的车辆质心侧偏角估计方法

针对轮毂电机驱动车辆行驶状态参数获取困难的问题,提出了一种基于无迹粒子滤波的质心侧偏角估计方法。以采集的低成本普通车载传感器信息和驾驶信号作为输入信息,在构建非线性三自由度车辆模型基础上,建立了车辆行驶状态参数估计方程,设计了质心侧偏角无迹粒子滤波估计器。利用Matlab/Simulink和Adams进行了联合仿真实验。结果表明：该估计方法具有可行性,在不同工况下均具有良好的质心侧偏角估计效果。     

典型场景下EKF-SLAM估计一致性分析

分析了典型场景下基于扩展卡尔曼滤波的同步定位和地图创建(EKF-SLAM)算法的估计一致性.通过理论分析证明了在移动机器人保持静止并持续对一个路标进行观测的场景下,如果机器人的初始位姿协方差矩阵为对角阵,则机器人位置估计的均值和协方差保持不变,而朝向估计将逐步失去一致性.此外,通过蒙特卡罗仿真给出了机器人朝向和路标估计下界的分布情况.结果表明,两者均服从正态分布,因此EKF-SLAM算法在概率意义下给出SLAM系统状态向量的无偏估计.     

基于差分进化的Unscented FastSLAM2.0算法

针对Fast SLAM2.0算法中重采样过程带来的"粒子耗尽"问题,将差分进化引入进来,提出一种基于差分进化的无迹Fast SLAM2.0算法。首先采用unscented粒子滤波器估计机器人的路径后验概率,然后采用扩展卡尔曼滤波器对环境路标进行估计和更新,最后引入改进的差分进化算法代替重采样过程来优化粒子。仿真实验表明,与Fast SLAM2.0算法相比,该方法提高了机器人在路径估计和路标估计上的精度,验证了算法的有效性。     

改进PF算法对红外图像中瞳孔的跟踪

提出一种基于粒子滤波的红外目标跟踪的新算法. 用该算法对采样粒子进行优化,改进了重采样环节,在不影响跟踪准确率的条件下,提高了算法的速度. 实验结果表明,将此算法运用到瞳孔跟踪中,跟踪比较准确有效. 同时,将Hough变换应用到了瞳孔边缘的定位领域中,此算法有效改进了红外图像中眼睛瞳孔的跟踪效果.