基于多源融合式SLAM的机器人三维环境建模

为有效处理移动机器人三维环境地图创建过程的不确定误差,提高所建地图的准确性、完整性和一致性,本文提出了一种基于传感器信息融合和Rao-Blackwellised粒子滤波(RBPF)的移动机器人三维同时定位与地图创建 (SLAM)方法. 在建立传感器不确定性概率模型的基础上,通过贝叶斯滤波实现传感器数据的去噪,将激光与视觉传感器获取的环境信息在一定的规则下融合,在SLAM框架下实现具有纹理映射的三维环境地图创建. 实验结果表明所用方法的有效性. 多源融合式自主SLAM提供了更为丰富、完备、准确的环境模型.      

基于几何特征与三维点云特征的道路边沿识别算法

针对目前典型道路边沿识别算法存在实时性与可靠性难以兼顾的问题,基于多线激光雷达,根据道路边沿的几何特征与三维点云特征,提出了一种权衡实时性与可靠性的道路边沿识别算法。依据多线激光雷达扫描获取的大量点云数据,基于RANSAC算法的地面分割方法,滤除了预设感兴趣区域内的地面数据点,然后将剩余的无序点进行有序栅格化投射处理,根据道路边沿区域的几何特征与点云分布特征进行匹配筛选,再融合RANSAC的最小二乘法,以完成道路边沿曲线的鲁棒拟合。实验表明,算法在直道和弯道场景识别准确率均大于95%,耗时均低于15 ms,具有良好的准确性和实时性。所提算法能有效识别道路边沿,可为智能车可行驶区域的识别及控制提供理论参考与方法依据。     

未知环境下移动机器人的同时定位和地图构建

针对未知室内环境下的自主移动机器人的同时定位和地图构建(SLAM)问题,通过激光测距仪来获取环境信息,采用室内环境直线特征的提取和匹配方法,使移动机器人能够自主定位,解决了里程计传感器在移动中所带来的不确定性误差,同时采用移动栅格法对全局地图更新,提高了系统运行速度.利用Pioneer-3移动机器人平台进行实验,得到了较完整的环境地图.实验结果表明了基于环境特征的移动机器人同时定位和地图构建方法的有效性和实用性.     

越野环境的三维地图重建

针对移动机器人越野环境下地图重建的问题,提出了一种三维网格地图的更新算法.该算法利用四线激光雷达(LD_ML)获取环境局部位置信息,结合机器人同一时刻DGPS/INS联合定位系统的位姿,依据障碍的坡度与高度阈值进行障碍区域检测.分别对障碍与非障碍区域采用最大值和均值法进行更新,完成环境地图的重建.试验结果表明:该算法在越野环境中具有良好的重建效果,可将机器人沿途经过的路面及周围环境构建出来.     

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。     

面向管道焊缝渗透检测机器人的管道定位与规划方法

为了实现核电设施管路的自动化焊缝检测作业,在降低人工作业安全风险的同时提高工作效率,提出了一种集喷涂、喷擦、刷涂、擦洗、环境感知和场景建模的机器人自主作业软件系统及相关算法。分析作业机器人的工作环境和功能需求,进行机械臂和感知模块的选型,制定三维建模和参数辨识方案,搭建焊缝检测作业系统;提出了一种基于机器人感知到的视觉和深度信息进行场景建模的算法,该算法可以输出检测关到作业面的位置、三维模型以及作业区域范围;提出了一种基于三维重构模型和作业区域范围进行作业轨迹规划的算法,并搭建了仿真平台验证运动轨迹的正确性;开展了管道定位与三维重构实验以及轨迹规划实验,实验的结果证明,提出的管道定位方法能够实现精确的点云数据采集和高精度的管道参数辨识,机械臂能够实现准确性高、连续性好的运动,满足管道焊缝检测作业的要求。     

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。     

基于压缩感知的塔康方位估计算法

塔康(tactical air navigation,TACAN)信号峰值检测后的离散数据呈随机采样特性,为避免Kalman算法产生滤波发散问题并有效减小对数据量的需求,提出一种基于压缩感知理论的方位估计方法.通过对塔康信号的角度空间进行稀疏分解和观测值压缩,优化重构原始包络信号进而获得方位估计值.仿真实验证明了该算法的性能,与最小二乘拟合算法相比,在保证估计精度的同时进一步降低了峰值数据量,大大减少了计算过程中的冗余,并且在信噪比较大的情况下,方位估计准确度较最小二乘拟合有一定提高.     

高精度重力加速度的求法

为了进一步提高单摆测重力加速度的数据拟合精度,基于最小二乘法原理,用线性拟合法分别与指数拟合法、对数拟合法、幂函数拟合法及多项式拟合法结合使用的方法,获得了不同精度的重力加速度拟合值。计算结果表明:采用线性拟合法分别与指数拟合法、对数拟合法、幂函数拟合法结合使用时的数据拟合精度均比直接采用一次线性拟合法低;采用线性拟合法和多项式拟合法结合使用时的数据拟合精度比直接采用一次线性拟合法高;采用线性拟合法和多项式拟合法结合使用时的数据拟合精度随着多项式拟合次数的增加先提高后降低,出现了龙格现象。     

移动机器人激光雷达数据的三维可视化方法

为提供周围的三维深度信息,给出了一种对未知环境中移动机器人配备激光雷达所采集的数据进行三维重建的方法.通过激光雷达采集反映深度信息的程距数据,采用边探测方法,对探测交叉节点或极值进行边界分割,并采用几何模型匹配算法处理简单环境.通过对局部三角形环的极限化,构造出较为复杂的三维表面,用最小测距损失算法对不同观测角度的测量值进行融合,实现了三维重视和一定程度的动态交互.实验测试结果表明,在实验室较为简单,物体比较规则的环境里可以比较完备地重建三维场景,所建立的几何模型同样适用于机器人的导航和检测.     

对最小二乘法的一点探讨

作者在研究正交多项式的最小二乘拟合算法时发现当观测数据的趋势是某一个N次多项式时会出现一种现象,即不能找到最佳的最小二乘拟合多项式。为此,作者利用统计学中的零假设及其结论,以方差代替平方误差,然后用多组服从零平均正态分布的随机模拟误差,经程序反复计算,结果表明用方差代替平方误差能克服上述现象,并找出最佳拟合多项式。最后用一个生产实例简要说明了该研究的实际意义。     

基于线激光扫描的鞋底点胶路径规划方法

以三维视觉检测速度快、机器人喷胶效率高和通用性强等特点,提出了一种基于线激光扫描的鞋底点胶路径规划方法。首先,利用线激光扫描鞋底工件,通过全局高度阀值来分离出鞋底信息。其次,采用法向量的偏置算法提取鞋底的边缘轮廓,且对轮廓曲线进行最小二乘法多项式的平滑处理。最后,运用手眼标定变换矩阵将获取的轨迹坐标转换为点胶机器人的运动坐标,以自动生成点胶机器人运动轨迹线。实验表明,采用的点胶机器人运动轨迹规划方法实现了鞋底点胶自动化,具有一定的工业应用价值。     

基于3D激光点云的移动机器人行驶环境描述

针对移动机器人在复杂环境中的自主导航行驶问题,提出了一种基于3D激光点云数据的行驶环境描述方法. 在对点云数据进行球、柱坐标转换的基础上,构建机器人环境感知圆柱,根据3D激光雷达的扫描序列,提取点云径、切向坡度特征,结合机器人的运动特性,分析行驶环境的可通行性,提取候选道路点云. 复杂行驶环境下的实验结果证明了此方法能够使机器人准确地对环境进行认知.     

基于趋势分析的变电站设备异常检测方法

基于时序数据的趋势分析方法, 提出一种基于趋势分析的电力设备绝缘性异常检测方法, 以解决变电站电容型电力设备异常的实时检测问题. 首先, 用在线监测获得的介质损耗因数数据, 通过对监测数据流进行合理分割, 采用最小二乘法将其拟合成直线; 其次，基于拟合直线特征值进行异常趋势的检测分析； 最后， 获得电容型设备的绝缘性异常检测结果. 根据对变电站电容型设备实测数据的分析判断, 验证了该方法的有效性和实用性.     

基于极坐标Hough变换的焊点检测标定方法

针对探头在粗定位情况下对车身焊点检测效率和准确率方面存在的不足,提出了一种结合焊点形态结构特点,利用极坐标Hough变换算法和改进的边缘检测算子,以精确获取焊点坐标的方法.此方法通过形态结构决策降低参数存储,用极坐标构造二维参数极大地提高了运算速度,再结合滤波、最小二乘法、双阈值法等算法,能在高噪声的背景下对焊点进行检测标定,以提高机械臂末端探头检测焊点质量的效率和准确率,对于工业上车身焊点检测具有重要的实际意义.实验结果表明,该方法处理焊点图像的准确率达到99.2%,且快速性也有很大的提高.     

基于椭圆建模和NLP算法的移动机器人路径规划研究

针对移动机器人在未知环境中探测和规避障碍物困难等问题,提出一种基于椭圆建模和自然语言处理(nataral language processing,NLP)算法的移动机器人路径规划方法。首先将激光采集的点信息进行分类和最小椭圆包围,建立障碍物的椭圆模型并估算出障碍物的速度。然后采用NLP算法,把移动机器人在未知环境中的路径规划问题,描述成了满足一组非线性约束和目标函数最小的非线性规划问题,从而实现复杂未知环境下机器人的路径规划。最后进行物理与仿真实验,验证了该方法的有效性。     

靶场激光测距仿真系统中非标板卡数据采集的实现

在激光测距实时仿真系统中,我们提出了解决非标板卡在MATLAB环境下驱动的方法,实现了激光测距仿真系统对各个部分关键技术指标的数据采集和整体测控性能的仿真.     

测量数据的曲线曲面拟合算法

移动最小二乘法由于其良好的逼近性能而广泛用于曲线曲面拟合,但处理含有粗大误差的数据时,拟合结果极不稳定.为了减少粗大误差对拟合精度的影响,本文提出一种移动最小截平方法,该方法在支持域内引入最小截平方法代替最小二乘法,在所有节点当中选出剔除异常值的最优节点组合,确定局部拟合系数.该方法不需要人为地分配权重或设定阈值,可避...     

云计算环境下非法用户入侵行为的检测与分析

为提高云计算环境下非法用户入侵行为的检测效果,设计一种新型云计算环境下非法用户入侵行为的检测模型.首先提取云计算环境下非法用户入侵行为特征,采用主成分分析对特征进行特征筛选;然后采用最小二乘支持向量机对非法用户入侵行为进行分类和检测,并采用粒子群算法确定最小二乘支持向量机的参数;最后选择具体非法用户入侵数据集对模型的有效性进行验证.结果表明,该模型能获得较高正确率的非法用户入侵行为检测结果,加快了非法用户入侵行为的检测速度.     

一种基于结构化环境的线性距离特征提取算法

为解决室内环境中移动机器人的自主导航问题,提出了一种基于结构化环境的线性距离特征提取算法。首先通过建立机器人运动模型,对激光雷达获得的点云数据进行预处理。然后采用聚类算法对预处理后的数据进行分割和合并。采用正交拟合算法,估算特征线段的最大角度公差,并提取竖直和水平特征线进行误差纠正。仿真实验结果表明:算法可有效提取室内环境特征线段并建立特征地图。同时调用数据集与ICP(iterative closest point)算法进行对比测试,结果表明使用该算法构建环境地图,可见使用此算法可降低建图时间复杂度,同时提高地图匹配精度。