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。     

基于激光雷达与视觉信息融合的SLAM方法

单线激光雷达传感器的扫描范围是二维平面,在室内环境中,服务型移动机器人在进行同时定位和地图构建过程中,不在激光雷达扫描平面范围内的障碍物无法被识别,构建的地图中会缺少相应的环境信息。为了获取缺失的环境信息,通过改进粒子滤波Rao-Blackwellized的方法得到移动机器人位姿的估计,将Kinect获取的环境三维信息数据和激光雷达数据融合,使用载有ROS(机器人操作系统)的移动平台Turtlebot2在实际场景中进行实验。实验结果证明,使用融合后的数据信息能得到更加准确的建图和导航效果。     

基于RGB-D相机的移动机器人三维SLAM

针对室内复杂环境三维建模问题,提出一种移动机器人快速三维同时定位与地图创建(SLAM)方法.利用RGB-D相机分别获取环境纹理和三维信息,通过图像特征提取与匹配,结合相机标定模型,建立三维点云对应关系,运用随机抽样一致性(RANSAC)算法作为位姿估计的策略求解基于对应点迭代最临近点的模型,有效解决机器人精确定位问题;引入keyframe-to-frame关键帧选取机制,结合立体栅格法及空间点云法向唯一特征,实现三维地图的更新与维护.室内环境下的实验结果验证了所提方法的可行性与有效性.     

多模块式移动机器人系统的自组织协作行为

设计了一种新颖的、由4个基本功能模块组成的模块式移动机器人.针对多模块式移动机器人系统在复杂环境下的自组织协作行为,提出了目标趋向控制、多障碍物避障和自组织协调3种运动策略.分析了多机器人目标趋向运动的方向选择规则;描述了基于“感知 动作”的多障碍物避障控制策略,实现了多机器人连续避障并到达指定目标点;研究了多机器人的协调运动策略,通过多机器人协作完成了单机器人无法完成的搬重物、过台阶等任务.三维仿真结果表明了该控制策略对不同环境、多障碍物条件下多机器人协作行为的适应性.     

基于RGB-D传感器的车间三维场景建模

感知车间环境是实现自动引导小车(AGV)智能化自主运行的基础.三维场景建模比二维地图更适于表达非结构化场景信息,然而已有的激光雷达技术和视觉技术实现方法都有其不足之处.文中利用RGB-D深度传感器,结合移动机器人及开源机器人操作系统(ROS)建构了一套软硬件系统,用于制造车间环境的复杂大场景三维建模;介绍了该系统光机电硬件和ROS软件的各模块功能与集成设计,以及相应的扫描策略,并用该集成系统进行了车间局部环境自动连续扫描、数据拼接、三维建模实验.结果表明用该系统可以较好地完成三维场景建模任务.     

基于视觉里程计的移动机器人三维场景重构

研究移动机器人在不依赖GPS环境下的三维场景重构方法.在基于双目视觉的实时位姿估计中,使用基于最大团的内点选取方法对RANSAC算法进行优化,通过鲁棒的运动估计算法求解机器人的三维位姿.基于自主研发的全景三维激光系统来实现室内场景的三维点云数据采集,同时利用视觉里程计提供的移动机器人可靠位姿来完成多视点下的三维点云数据融合,从而保证了大范围三维场景重构的有效实现.利用SmartROB移动机器人平台在办公大厦的室内、走廊及大厅等多种环境进行了实验验证,实验结果表明本文所提方法的有效性和实用性.     

基于车载三维测量系统的立交桥三维信息获取研究

利用激光扫描仪与导航POS组成的车载三维测量系统对立交桥的各层路面进行移动平推式扫描,获取立交桥的三维信息.将导航POS获取的系统位置与姿态信息和激光测距仪获取的扫描距离与角度信息进行时间匹配,通过解算得到大地坐标下的三维激光点云坐标.同时,可以利用定点的三维旋转式激光扫描,获取立交桥的横断面信息及交错处的内部细节.在实际应用中,针对立交桥这一特殊城市道路建筑进行测量,取得了一定的效果.     

快速成型中的三维数据准备

快速成型中的三维数据包括物体的三维CAD模型、通过三维数字化测量仪器测得的物体表面的三维数据点云、STL文件及三维模型的切片. 通过概念设计和反求工程中的三维扫描可以建立物体的三维CAD模型, 并着重讨论了工件表面点三维数据的获取方法及数据点云的处理, STL文件的格式、精度、分割与拼接.     

激光数据聚类和Morphin算法下的机器人避障研究

为了解决移动机器人在未知环境下的避障问题,提出了一种从障碍物检测、预测到避撞的避障方法。设定圆形窗口作为机器人有效扫描区域,利用激光传感器采集到的数据结合聚类、匹配和分类算法确定障碍物类型和动态障碍物运动信息,绘制窗口内的动态局部地图来预测动态障碍物与机器人的碰撞关系,结合Morphin算法实现有效的避障。仿真实验表明,在该算法下移动机器人能够有效地检测出障碍物,进行碰撞预测,并做出合理地避障措施。     

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.     

结构光三维扫描测量的三维拼接技术

为满足工业零件尺寸测量的复杂要求 ,对结构光三维扫描法的基本工作原理进行了全面分析。并在此基础上实现了一种新的三维拼接技术 ,其核心是利用一个步进电机驱动的旋转工作台对不同视场的数据点云进数据缝合 ,以提供完整的零件表面三维信息。新方法不仅提高了系统精度和灵敏度 ,而且降低了对硬件系统的要求。实验表明系统具有较好的操作性和较高的精度     

基于Kinect传感器的移动机器人室内环境三维地图创建

针对移动服务机器人在未知室内环境下的三维感知问题,提出了一种基于低成本Kinect传感器的三维地图创建实用方法.对于机器人在运动过程中连续采集的多帧RGB-D信息,首先利用SURF算子对RGB图像提取稳定特征点并进行特征点匹配,然后结合深度图像,采用RANSAC算法剔除可能存在的误匹配点并完成初始配准,从而估计得到图像帧间粗略的相对转移关系,最后运用广义ICP算法对采集的深度图像进行精确配准,得到拼接的三维点云图.在此基础上进一步开发了移动机器人三维地图创建应用系统,实验验证了该方法的可行性和有效性.     

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.     

历史建筑三维激光扫描建模方法研究

优秀历史建筑数字化保护已经成为影响广泛的社会性问题.以同济大学文远楼为例,提出了一种以三维激光扫描仪和全站仪为主要数据获取手段的针对大型历史建筑数字化工程方法 .首先对目标体进行分站扫描,获得点云数据,同时使用扫描仪和全站仪采集每站靶标数据;然后,利用Matlab编程实现转换算法,根据采集的同名点靶标数据进行配准计算,将每站点云数据转换到统一的坐标系下,并对转换模型精度进行分析;最后将完全配准的点云数据网格化并修饰处理,建立真三维的历史建筑数字化模型.实验结果表明,采用的建模方法快捷、有效,配准模型精度较高,最终建立的三维模型真实,保留了其细部的特征.     

一种移动机器人三维路径规划优化算法

对移动机器人在三维工作环境中障碍物位置和形状已知条件下的全局路径规划问题进行研究.机器人的初始路径取为出发点到目标点的直线路径,引入人工神经网络结构和模拟退火温度定义路径能量函数;根据多面体形障碍物的形状特征设定各边界面不等的模拟退火初始温度,并且对路径点位于障碍物内、外的不同情况建立不同的运动方程;提出一种基于神经网络结构能量函数的路径规划算法及其优化算法,对所提路径规划算法进行仿真研究.研究结果表明,该算法是一种有效的移动机器人三维路径规划算法;算法计算简单,不存在组合爆炸问题;可避免路径规划的某些局部极小值问题;优化算法能够规划出移动机器人最短避障路径,并且可加快路径规划收敛速度.     

基于激光三维扫描的数据采集技术在模型黄河数字化河床试验中的应用

激光三维扫描和三维地质建模技术的应用能够使工程地质体表面的变形、沉降、扭转、位移等勘察工作变得更加高效、快速和经济.介绍了逆向工程的基本思想,探讨了逆向工程在数字化河床试验中的应用模式,阐述了激光三维扫描技术的发展现状、工作原理和技术特点,在此基础上讨论了河床数据的采集方法,描述了数据有效性诊断、数据拼合和曲面建立的算法过程.研究认为, 激光三维扫描数据采集技术能够全面、有效地获得模型河床的表面数据和曲面建立,为下一步建模工作打下良好的基础,而且该技术在工程勘察领域的发展前景较为广阔.     

双圆弧优化算法的足球机器人路径规划

根据双圆弧数据逼近方法,提出一种足球机器人路径规划算法,弥补机器人小车到达定点常用Turn-Run-Turn方法及模糊控制(PID)方法存在的不足.利用由分段圆弧曲线连接而成的双圆弧,具有满足任意端点及其斜率特性要求的特性,解决机器人小车到达目标点位置和姿态的运动过程中遇到障碍物及保持最佳姿态的路径规划问题.最后,利用复合形法,求解障碍物约束条件下的非完整移动机器人路径规划问题,并进行运动路径寻优.结果表明,该方法简单有效,对机器人初始条件不加限制,计算量非常小.     

未知环境下移动机器人自主避障算法的研究

移动机器人是完成救援、运输等各种任务的重要工具,如何让机器人系统自主适应不同的复杂场景是目前的研究热点.本文针对具有静态和动态障碍物的复杂未知环境,对移动机器人进行运动学建模,提出了基于长短期记忆网络的近端策略优化避障算法.在无障碍物和有障碍物的仿真训练环境中,实现无先验地图信息情况下机器人在非结构化环境中的自主避障....     

NI机器人起步包实时编程模块避障应用

分析了NI机器人起步包的组成模块,以移动机器人的避障行为为例,给出了一个完整示例。Lab VIEW仿真结果表明:NI机器人在有障碍物的环境下可以自主避障。NI机器人作为机器人开发的基础平台,具有较强的实用价值。     

立体痕迹三维数据化检验初探

目的：分析三维扫描采集立体痕迹的可行性,比较数据与三维可视化结果对特征表达的真实性。方法：比较研究和三维扫描实验研究。结果：三维扫描结果充分反映了立体痕迹的特征,采集的点云数据可用多种软件进行测量和处理。结论：结构光三维扫描技术可用于立体痕迹提取,立体痕迹三维数据化检验具有广阔的应用前景。