基于改进关键帧选择的RGB-D SLAM算法

关键帧选择是提高视觉SLAM(simultaneous localization and mapping)算法精度及实时性的重要因素.关键帧常以图像的帧间相对运动距离为选择依据.该方法虽简单有效,但实时性、鲁棒性较差且容易产生大量冗余关键帧.针对上述问题,提出一种改进的关键帧选择算法.该算法整合了帧间相对运动距离、帧间特征点跟踪以及最小视觉变化来选择关键帧并删除冗余关键帧.基于该算法,结合具有较好方向和光照不变性的ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)特征,实现了RGB-D SLAM算法.在RGB-D数据集上的实验表明,改进的关键帧选择算法能够更精准、及时地选择关键帧,并在减少RGB-D SLAM中冗余关键帧的同时提高算法的实时性、建图和定位精度.     

一种基于Shi-Tomasi和改进LBP的特征匹配及目标定位快速算法

针对机器人伺服抓取中对定位精度和实时性均要求较高的问题, 提出一种特征匹配及目标定位快速算法. 首先, 采用Shi-Tomasi检测算法提取特征点; 其次, 提出一种新的特征描述子定义方法： 先以特征点为中心截取子图像, 利用二维Gauss函数偏导数确定特征方向, 再根据特征方向对局部图像做旋转处理, 提取旋转后标准局部图像局部二值模式作为特征描述子, 该描述子具有良好的局部性以及平移、 旋转不变性; 最后, 通过计算特征描述子间的Hamming距离实现特征匹配, 估计单应性矩阵, 定位目标在场景中的位置和方向. 实验结果表明, 该算法匹配速度快、 定位精度高、 稳定性好, 能满足机器人伺服抓取中定位精度和实时性的要求.     

基于AOI检测系统的图像拼接技术

针对自动光学检测(AOI)在电路板元器件检测中对图像拼接的实时性要求比较高的特点,提出了简化的仿射变换模型的快速图像拼接算法.该算法利用图像特征在尺度空间具有平移、旋转和仿射不变性,借助AOI系统高精度步进电机的控制快速找到最佳匹配点,建立图像的匹配关系.实验证明,该算法简单、快速、精度高,具有场景无关性、噪音容忍度高等优点,在AOI检测中具有很强的实用性.     

基于ORB和 GroupSAC复杂场景视频图像的快速角点检测

针对传统的角点检测在复杂场景视频图像中角点检测的准确率不高、实时性差的问题,提出了基于ORB特征提取和GroupSAC的快速角点检测算法。首先在O-FAST中加入图像金字塔对图像进行角点检测,保证了视频图像角点检测的尺度不变性,然后利用灰度质心对求得的主方向进行BRIEF特征提取,保证了视频角点检测的旋转不变性。最后利用基于混合二项式模型的GroupSAC算法去除误差点,提高了角点检测的准确率。实验证明,在复杂场景视频图像中,如在光照变化、尺度变化、旋转变化以及遮挡图像的情况下,该方法具有较高的准确性、较低的时间复杂度和较强的鲁棒性,实现了对复杂场景视频图像的快速角点检测。     

基于目标检测的室内动态场景SLAM

室内动态场景下的同步定位与地图构建(simultaneous localization and mapping, SLAM)系统容易受到运动障碍物的影响，从而导致其位姿估计精度和视觉里程计的稳定性降低。本文提出一种基于YOLOv4目标检测网络的视觉SLAM算法，获取语义信息，并利用LK光流法判断动态特征，在传统的ORB-SLAM2系统上将动态特征点剔除，只使用静态特征点来估计相机的位姿；建立稠密点云地图，并转化成节约内存空间的八叉树地图。在TUM公开数据集上对该方法进行测试和评估，实验结果表明：在动态环境下，该系统与ORB-SLAM2相比，相机位姿估计精度提高83%，且减少了生成的环境地图的存储空间，为后续实现机器人导航具有重要意义。     

基于动态语义特征的视觉SLAM系统

针对视觉SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)在真实场景下出现动态物体(如行人,车辆、动物)等影响算法定位和建图精确性的问题,基于ORB-SLAM3(Oriented FAST and Rotated BRIEF-Simultaneous Localization and Mapping 3)提出了YOLOv3-ORB-SLAM3算法。该算法在ORB-SLAM3的基础上增加了语义线程,采用动态和静态场景特征提取双线程机制：语义线程使用YOLOv3对场景中动态物体进行语义识别目标检测,同时对提取的动态区域特征点进行离群点剔除;跟踪线程通过ORB特征提取场景区域特征,结合语义信息获得静态场景特征送入后端,从而消除动态场景对系统的干扰,提升视觉SLAM算法定位精度。利用TUM(Technical University of Munich)数据集验证,结果表明YOLOv3-ORB-SLAM3算法在单目模式下动态序列相比ORB-SLAM3算法ATE(Average Treatment Effect)指标下降30%左右,RGB-D(Red, Gree...     

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BoW模型的RGB-D SLAM算法的运动轨迹估计

针对目前RGB-D SLAM算法特征匹配耗时高、在大规模场景中闭环检测效率低的问题,提出了基于词袋(Bag of Word,BoW)模型的RGB-D SLAM改进算法。通过BoW模型缩小每个特征的匹配范围,解决了暴力特征匹配算法的耗时问题;利用BoW模型对关键帧序列进行相似度度量,得到闭环候选帧并通过多层次筛选最终确定闭环帧从而实现闭环优化,解决了传统的闭环检测算法不能适用于大规模场景的问题。与传统的RGB-D SLAM算法的实验测试及对比分析结果表明:改进的RGB-D SLAM算法能使得相机轨迹估计实时性更好,定位更准确。     

基于目标检测的室内动态场景同步定位与建图

为了提高室内动态场景下定位与建图的准确性与实时性,提出了一种基于目标检测的室内动态场景同步定位与建图（simultaneous localization and mapping, SLAM）系统。利用目标检测的实时性,在传统ORB＿SLAM2算法上结合YOLOv5目标检测网络识别相机图像中的动态物体,生成动态识别框,根据动态特征点判别方法只将识别框内动态物体上的ORB特征点去除,利用剩余特征点进行相机位姿的估计,最后建立只含静态物体的稠密点云地图与八叉树地图。同时在机器人操作系统（robot operating system, ROS）下进行仿真,采用套接字（Socket）通信方式代替ROS中话题通信方式,将ORB＿SLAM2算法与YOLOv5目标检测网络相结合,以提高定位与建图的实时性。在TUM数据集上进行多次实验结果表明,与ORB＿SLAM2系统相比,本文系统相机位姿精确度大幅度提高,并且提高了每帧跟踪的处理速度。     

基于旋转FHOG-LBP特征的旋翼无人机动态检测算法

针对旋翼无人机通过视觉准确、快速检测其他旋翼无人机存在的问题,提出基于旋转FHOG-LBP动态检测算法。首先,针对旋翼无人机特有的外形和运动状态,通过形成的样本库建立外部结构模型;其次,将方向梯度直方图(HOG)进行傅里叶变换,使其具有快速旋转不变性,在局部二进制模式(LBP)上加入角度旋转偏移值,进行串行融合得到旋转FHOG-LBP特征,使用支持向量机递归特征消除算法(SVM-RFE)进行训练,并使用滑动窗口的检测算法对目标进行检测;最后,通过无人机动态目标测试集进行了实验,实验结果表明,提出的动态检测算法比传统方法精度和时效提高。因此,该方法可以解决具有动态变化或旋转变化的目标检测困难的问题。     

煤矿救援蛇形机器人环境建模方法研究

煤矿救援机器人的研究对煤矿救灾工作的顺利开展有着重要的现实意义,简要分析了煤矿救援机器人在环境建模方面的研究现状,针对煤矿事故发生后,救援蛇形机器人如何在恶劣的井下进行环境识别和建模,提出了一种变结构模糊神经网络的多传感器数据融合算法。重点讨论了该算法的原理,结合煤矿井下的特殊环境和蛇形机器人自身结构特点,采用超声波传感器、红外测距传感器、激光雷达传感器组来获得障碍物的距离、位置信息及环境类型信息,然后,利用模糊神经网络对这些信息进行融合,采用改进的BP算法对网络进行学习,通过对结论网络权值的调整,择优选取模糊规则,从而自动的调节模糊神经网络的结构。以机器人在靠近障碍物时的八类典型环境标志为依据,通过模糊神经网络识别出障碍物的形状,完成环境的建模。利用实验获得的一组数据进行了仿真,结果表明该算法实现了在不同环境中模糊隶属函数的自动生成和模糊规则的择优提取,适用于复杂的非线性系统,对于煤矿救援蛇形机器人的环境识别和建模是一种行之有效的方法。     

基于改进的DDPG算法的蛇形机器人路径规划方法

针对蛇形机器人执行路径规划任务时,面对复杂环境传统强化学习算法出现的训练速度慢、容易陷入死区导致收敛速度慢等问题,提出了一种改进的深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient, DDPG)算法。首先,在策略-价值(actor-critic)网络中引入多层长短期记忆(long short-term memory, LSTM)神经网络模型,使其控制经验池中信息的记忆和遗忘程度;其次,通过最优化特征参数将CPG(central pattern generators)网络融入强化学习模型,并设计新型网络状态空间和奖励函数;最后,将改进算法与传统算法分别部署在Webots环境中进行仿真实验。结果表明,相比于传统算法,改进算法整体训练时间平均降低了15%,到达目标点迭代次数平均降低了22%,减少了行驶过程中陷入死区的次数,收敛速度也有明显的提升。因此所提算法可以有效地引导蛇形机器人躲避障碍物,为其在复杂环境下执行路径规划任务提供了新的思路。     

Knowledge presentation by the MNSM-based controller for swimming motion of a snake-like robot

A MNSM( mirror neuron system mechanism)-based controller is developed to present the swimming rhythm of a snake-like robot in Cartesian space. From engineering viewpoint,the proposed controller is composed of a neuron for rhythm angle and two neurons for motion knowledge in XY plane. The given knowledge is a rhythm curve for swimming motion of a snake-like robot. Experimental results show that the proposed controller can present the knowledge of swimming rhythm,which represents the corresponding control law to drive the snake-like robot to swim with different speeds and turning motion. This work provides a novel method to present the knowledge for swimming motion of snake-like robots.     

基于ARM的机器人走迷宫控制系统与算法设计

针对智能机器人所走迷宫的尺寸与迷宫格的多少,通过ARM控制机器人步进电机的步进角度及转动状态结合红外传感器的检测信号,通过智能算法的设计改变传统的搜索过程使搜索整个迷宫变为搜索到终点即停止搜索,以最大程度的减少搜索时间,降低搜索过程中的错误.并且改变以往的转弯方式使在原地转变为行进中转弯,这种转弯方式可以减少行进时所用时间,试验结果表明,此智能算法设计不仅可以完成传统算法设计所能实现的功能,而且可以大大减少搜索时间.     

Twist-related locomotion of a snake-like robot

0 Introduction Most creatures have unique ability and interesting gaitsto hunt for preys or escape fromtheir predators .The complicated locomotion forms of animals can lead to a broader understanding of robotic locomotion,and robotic researchers can build up a newtype of robot for special application.In the real world,snakes can be found ev- erywhere and adapt to a variety of environments . There- fore the development of snake-like robot is a meaningful application of biological inspired syste…     

复杂环境下尺度不变特征的检测与匹配技术研究

针对农业机器人复杂的工作环境,引入了一种新的鲁棒特征点检测算法——SURF算法,其对光照变化、旋转、尺度变化等具有很好的鲁棒性,精度能达到亚像素级别;在此基础上,利用最近邻法则结合BBF（best bin first）搜索算法,对SURF特征点进行精确匹配,实验表明,本文所提出的方法鲁棒性或实时性较目前常用的Harris算法和SIFT算法更好,可应用在机器人视觉定位、地图构建、智能导航等方面,具有一定的理论和应用价值。     

一种管道蛇形机器人的裂缝视频检测系统

为实现蛇形机器人在管道内部快速准确的识别管道内壁裂缝,基于一种改进YOLOv3算法为管道蛇形机器人设计了快速检测管道裂缝的系统。系统搭载了500万像素相机以及用于辅助标定的两个激光发生器。此系统通过摄像机采集管道内部视频信息,使用改进YOLOv3算法对视频进行检测,若识别出裂缝则输出当前图像。之后结合激光标定和边缘检测算法得到当前裂缝的物理信息。改进YOLOv3算法使用k-means++算法对裂缝数据集进行聚类,得到最佳先验框,并使用距离交并比代替交并比作为损失函数,以提高精度和速度。实验表明,改进YOLOv3算法平均精度为87.23%,与原始YOLOv3算法相比提高了5.88%;同时基于激光标定算法的图像处理得到的裂缝物理信息与实际信息误差在5%以内,可以用于实际工程。     

基于深度强化学习的移动机器人视觉图像分级匹配算法

针对传统移动机器人视觉图像分级匹配算法只能完成粗匹配,导致最终匹配精度较低、匹配时间较长等问题,提出一种基于深度强化学习的移动机器人视觉图像分级匹配算法.首先,利用深度强化学习网络结构中的策略网络和价值网络,共同指导浮动图像按正确方向移至参考图像;其次,在粗匹配过程中通过设计奖赏函数,实现颜色特征粗匹配;最后,在粗匹配基础上,利用改进尺度不变特征变换算法提取待匹配的图像局部特征,按相似度进行移动机器人视觉图像分级匹配.实验结果表明,该算法可有效实现图像的粗匹配与精匹配,在不同视角与尺度情况下特征检测的稳定性均较高,匹配精度高、时间短,匹配后的图像质量较好,提高了移动机器人的实际应用效果.     

一种WSN环境下多机器人协作式声源定位方法

研究多机器人协作式任务执行具有现实意义。针对目前机器人声源定位算法不能满足多机器人协作式搜寻声源的场合,提出一种无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)环境下的多机器人窄带声源定位方法。该方法根据接收信号强度对多个机器人的全局坐标进行测距定位,利用到达时间差(Time Difference of Arrival,TDoA)定位方法估计机器人与声源的相对距离,并结合全相位傅里叶变换(all-phase FFT,apFFT)算法提高相对距离的估计精度,最后通过测距定位算法得到声源的全局坐标值。在4个WSN节点和3个机器人组成的系统中进行方法测试,实验结果表明：该方法能实现三机器人协作式的声源定位任务,定位准确率较高,可满足搜救场合中声源定位的要求。     

基于Webots的蛇形机器人蜿蜒步态规划及偏移补偿

仿生蛇形机器人对复杂环境具有良好的适应性,应用前景广泛.针对蜿蜒运动初始时刻的突变问题和运动过程中存在的偏移问题,提出优化方程,并对蜿蜒运动步态进行规划,研究了模型参数对机器人运动速度、偏移的影响,分析运动控制参数,并对运动步态偏移进行补偿.通过Webots仿真实验表明:运动控制参数决定了蛇形机器人的运动形状、偏移量及...