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。     

一种基于边缘计算的RTK定位方法

实时动态载波相位差分(Real-Time kinematic,RTK)定位是一种基于载波相位观测值的实时动态定位技术,通过架设基准站并将基准站数据与流动站数据进行差分解算获取流动站的精确位置,从而得到比传统GPS定位更为精确的结果。本文提出了一种基于边缘计算的实时动态载波相位差分定位方法 E-RTK(Edge Real-Time Kinematic),通过将RTK解算任务迁移至边缘设备,降低RTK移动端对硬件的算力需求,进而降低RTK定位的硬件成本。本文基于E-RTK进行了实现及测试,实验证明,该E-RTK定位在较低的硬件成本下,能够达到与传统RTK定位相当的精度,除此之外,在使用GPS+BEIDOU卫星数据进行解算定位时,相较于常见的GPS+GLONASS定位,其Fix速度具有较大提升。     

使用三维栅格地图的移动机器人路径规划

针对移动机器人使用三维地图进行路径规划的问题,研究了使用三维栅格地图的路径规划算法.该算法将装载三维激光扫描仪的移动机器人得到的三维点云转换成为八叉树结构的三维栅格地图;扩展了D*算法使之考虑机器人的尺寸,检测每种位姿状态下是否与环境发生碰撞,生成多条可行路径可以在栅格地图中直接生成机器人的运动轨迹,保证运动过程中机器人自身及物体的安全.实验结果表明:该算法不需要对地图具有先验认识,并且考虑了机器人的实际尺寸,具有较强的可靠性和实用性,已经在真实环境中进行了实验.     

基于深度学习的语义栅格地图构建方法

为了提升移动机器人在定位导航任务中对环境的理解力,提出一种包含墙角信息的语义地图构建方法.首先结合激光SLAM算法和深度学习方法创建环境栅格地图并提取环境语义,同时对语义点云进行假语义去除,通过坐标转换将语义信息与环境栅格地图进行融合,并采用基于贝叶斯估计的增量式方法对栅格中物体语义存在与否进行判定,得到包含语义信息的...     

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。     

GPS实时动态定位海上打桩定位的数学模型

利用GPS的实时动态定位（RTK）技术进行打桩定位计算的理论与方法，主要通过建立相对于船体固定的船固坐标系统，并研究船固坐标与工程坐标相互转换的方法来实时计算设计高程面上桩中心的坐标，以及桩身的方位，采用在桩架上安装测距仪，建立桩架三维坐标系统并与船固坐标进行转换来测定桩与桩架的相对移动，最后通过实际工程应用验证了该模型的正确性．     

面向机器人抓取的双目视觉单步多目标检测方法应用研究

针对工业机器人的抓取技术普遍采用离线示教的方式,目标物的改变就会导致抓取不准的问题,研究了一种面向机器人抓取的双目视觉单目多目标检测方法,强化了机器人的抓取能力;首先搭建机器人抓取视觉检测系统,系统采用双目测距模型定位深度,单步多目标检测器定位像素坐标;通过相机标定和eye-to-Hand手眼标定将图像中的像素坐标以及双目测距模型的深度坐标转换为机器人基坐标的位姿,建立机器人运动学模型完成机器人基坐标到机器人末端坐标的转换,通过ROS实现上位机与机器人通讯,并将定位结果发送给ROS;经过多次实验,表明方法的目标检测误差在3.5 mm以内,深度误差在1.2 mm之内,具有很好的实用推广价值。     

基于GPS轨迹的矢量路网地图自动生成方法

提出一种基于GPS探测车轨迹的大规模矢量路网地图自动生成方法.该方法不需要路网地图的基图,可以只利用GPS探测车在路网中的行驶轨迹,自动将实际路网的真实拓扑结构反映在数字地图上.该方法分三个步骤:首先,实现GPS探测车轨迹数据的大地经纬度坐标到地图城建坐标的转换;然后,利用坐标转换后的GPS轨迹数据生成路网栅格地图;最后,将已生成的栅格路网地图进行矢量化处理.采用真实GPS探测车轨迹数据进行的实际路网自动生成实验表明,该方法能够成功地通过GPS轨迹自动生成路网地图,生成的矢量路网数字地图具有较高的精确度,可以满足交通诱导和汽车导航等系统中数字地图及时、自动更新的应用需求.     

基于3D激光雷达的无人水面艇海上目标检测

无人水面艇(unmanned surface vehicle,USV)实现自主导航避障需要实时感知周围的环境信息,检测出威胁无人水面艇航行的障碍物,而3D激光雷达在无人系统障碍检测中起重要作用.提出了一种基于3D激光雷达的障碍检测算法,即将一个周期内的3D激光点云投影到2.5D栅格地图中,对障碍物进行聚类分割;对栅格中的原始点云数据进行特征提取,表示为椭圆障碍物.而多帧激光数据采用最近邻数据关联识别出其中的动态障碍物,并用卡尔曼滤波实时跟踪.基于电子海图的仿真激光数据验证了该方法在无人水面艇障碍检测中的有效性.     

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.     

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。     

基于视觉的多机器人协作SLAM 问题

 视觉SLAM 仅采用图像作为外部信息,用于估计机器人位置的同时构建环境地图。SLAM 是机器人自主性的基本前提,如今在小动态环境采用激光或者声呐传感器构建2D 地图得到较好地解决。然而动态、复杂和大范围下的SLAM 仍存在问题,使用视觉作为基本的外部传感器是解决问题的一个新颖热门的研究方法。在视觉SLAM 中使用计算机视觉技术,如特征检测、特征描述和特征匹配,图像识别和恢复,还存在很多改善的空间。本文在视觉SLAM 领域的最新技术的基础上,对基于视觉的多机器人协作SLAM 领域的前沿技术进行综述。     

基于激光同步定位与建图的移动机器人路径寻优方法

针对未知场景下移动机器人路径寻优问题,提出一种基于改进蚁群算法的激光SLAM移动机器人路径寻优方法。该方法由场景重构和路径寻优组成,利用激光雷达传感器观测特征物信息对广义卡尔曼滤波估计值更新,建立场景理解信息点云构造二维栅格地图,根据场景重构地图信息结合改进的蚁群算法进行路径优化。在复杂场景下,通过激光SLAM移动机器人实验表明,改进蚁群算法的激光SLAM移动机器人在多种复杂场景路径寻优和运行消耗时间等方面取得了较好的效果。     

基于Beckhoff的瓷砖铺贴机器人控制系统设计

为促进建筑行业自动化发展,针对瓷砖铺贴工艺对机器人技术、定位技术及高速、高数据处理性能及实时坐标记录的需求,提出了基于Beckhoff嵌入式PC控制系统的瓷砖铺贴机器人控制系统。设计了针对机器人、移动平台、激光测距传感器、真空吸盘的综合控制系统,该控制系统利用激光传感器实现瓷砖空间定位,真空吸盘实现瓷砖抓取放置动作,移动平台扩大瓷砖铺贴范围。Beckhoff嵌入式PC作为上位机与硬件通过对应数字量模块、RS232模块实现通讯。瓷砖铺贴实验结果表明:系统可实时记录瓷砖位置坐标,并能满足机器人实时控制的需求,验证了该系统在精度上可完全代替人工实现瓷砖铺贴工作,同时铺贴效率得到了大幅提高。     

基于机器人操作系统的液压机器人自主导航系统设计与实现

在机器人两轮差速运动模型分析的基础上,根据运动模型的航迹演算公式可实时计算机器人轨迹姿态。基于机器人操作系统架构平台设计了机器人本体、机器人底座、驱动液压马达、导向轮、激光雷达等7个关节和连接的结构模型。各机器人关节坐标系变换关系经过Tf实时发布,用于计算机器人位置坐标信息。针对液压机器人没有配备编码器和视觉系统的不足,系统采用2D平面激光里程计模型(RF2O),通过建立连续激光扫描点对距离的流约束方程获得机器人平面运动估计,进而得出激光雷达的速度和机器人实际运行轨迹。设计了自主导航软件系统,实现了导航地图构建、定点任务导航和多机器人管理等功能,并对机器人定位导航精度进行了测试,分析对比多次指定位置和导航位置的数据差异,结果表明机器人导航定位精度达到设计要求。     

基于改进A~*算法的室内移动机器人路径规划

针对移动机器人在室内定位的特点,在结构化环境下,开发了机器人路径规划系统。在阐述了全局地图构建方法基础上,根据移动机器人的实际运行环境采用栅格法构建了环境地图。利用A*算法进行初步路径规划,其不足之处是路径规划数据中包含了所有规划点的坐标,冗余点较多,且移动机器人无法在拐点处调整自身姿态。针对这些不足,提出了能够计算出拐点、旋转方向及旋转最小角度的A*路径规划改进算法并进行了实验。移动机器人定位实验结果表明:利用改进后的A*路径规划算法不仅简化了路径,而且在拐点处移动机器人能够调整自身姿态,可以较好地满足室内移动机器人全自主运动的要求。     

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.     

Mobile Robot Positioning and Tracking Based on Ultra-wideband Technology

To solve the precision self-positioning problem for mobile robot, a positioning program based on ultra-wideband technology was proposed. Ultra-wideband pulse has very high bandwidth; ranging accuracy can achieve centimeter-level theoretically. The mobile robot obtained the distance to the reference node by sending uitra-wideband pulse. According to the geometric relations among the References and the robot, establish equations to calculate the position coordinates.Then Kalman filter algorithm was applied for mobile robot tracking.Simulation results show that robot positioning and tracking based on ultra-wideband technology can achieve indoor and outdoor seamless docking.