收藏本站
《哈尔滨工程大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于全景视觉的移动机器人SLAM方法研究

吴叶斌  
【摘要】:在未知的环境中,如果机器人只利用里程计预测自身所处的位置,随着时间的积累误差会越来越大。因此,为了给机器人精确的定位需要用激光传感器或者视觉传感器等外部传感器从周围环境中提取路标,利用这些路标创建出周围环境的地图,利用地图信息来修正机器人的位置。为了得到机器人的精确位置需要利用环境地图对里程计数据进行修正,为了创建精确的环境地图机器人要知道自身的精确位置,这类问题称为同时定位与地图创建问题,其中包括机器人定位、特征提取和地图创建等技术,需要在准确性、鲁棒性和实时性三个方面取得突破。 由于视觉传感器具有信息量丰富,采样周期短等优点,近年来在移动机器人的导航领域得到了广泛的应用。目前基于视觉的同时定位与地图创建技术主要采用的是普通视觉传感器,但是,普通视觉传感器视野范围狭窄,仅能观测前向60°的信息,对视觉路标的连续观测和跟踪能力有限。全景视觉传感器具有全向360°的感知范围,视觉路标可以再其视野范围内停留更长的时间,增强了视觉传感器对路标的连续观测和跟踪能力。本文对基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法进行了研究。 首先,建立了基于全景视觉的移动机器人SLAM系统感知模型,依据全景视觉系统的成像原理得到视觉路标在地面的投影位置,根据基于视差原理的双目立体视觉三维测量方法和机器人在两幅全景图像中的位姿,从而获得了视觉路标在全局坐标系中的位置。 其次,对特征匹配条件作了改进。原匹配算法在特征匹配过程中存在着大量的错误匹配,因此对原算法作了如下改进:1)如果匹配结果中存在的两个以上的特征点与另一幅图像中的同一个特征点相匹配的的情况,则比较它们的特征描述符的欧氏距离,保留欧氏距离最小的匹配点对,删除其他匹配点对;2)对于其他误匹配情况则采用角度限制和长度限制的方法来去除。即把匹配成功的特征点在两帧图像的坐标系中的角度变化的绝对值与所有匹配成功的特征点的角度变化的绝对值的平均值进行比较,如果相差较大则认为匹配有误,删除匹配点;求出所有匹配成功的特征点之间的欧氏距离的平均值,将与平均值差距较大的匹配点对删除。实验结果表明改进后的算法提高了匹配的准确性,消除了错误匹配对SLAM的影响,增强了SLAM系统的鲁棒性。 再次,将基于全景视觉的特征提取方法与EKF和FastSLAM算法相结合,提出了基于全景视觉的SLAM算法,该算法利用改进的SURF算法提取视觉路标,根据系统的观测模型定位出路标位置,进而通过EKF或FastSLAM算法同时更新机器人位置和地图信息,仿真实验结果证明了全景视觉相对于普通视觉的优越性,通过真实的机器人试验证明了本文所设计的算法的可行性。 最后,创建了基于SURF算法的特征地图库。地图库中的特征随着时间的推移会越来越多,把图像的特征点与地图库中的所有特征点进行匹配需要大量的时间,将给实时特征匹配带来困难,甚至计算灾难问题。因此本文的特征地图库有许多子地图构成,通过一个代价函数选择与当前全景图像进行匹配的子地图,以保证机器人不但能够得到充足的视觉路标,而且能够增强SLAM的实时性。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 曾静;敬斌;宋海涛;张国良;;强跟踪滤波在移动机器人SLAM的应用研究[J];航天控制;2010年02期
2 鞠纯纯;何波;刘保龙;王永清;;基于粒子滤波器的SLAM的仿真研究[J];系统仿真学报;2007年16期
3 刘保龙;何波;王永清;鞠纯纯;;移动机器人未知环境地图构建仿真平台[J];系统仿真学报;2007年13期
4 陆军;孙凌丽;穆海军;朱齐丹;;基于全景视觉的机器人相互定位的研究[J];哈尔滨工程大学学报;2010年04期
5 陆军;穆海军;朱齐丹;杨明;;全景视觉在机器人自主定位中的应用[J];计算机应用;2007年07期
6 周军;徐卫;刘广存;蔡庆安;;基于达芬奇的移动机器人开发平台设计[J];自动化仪表;2007年10期
7 荣玉斌;胡英;马孜;;基于全景视觉的海上救助机器人[J];清华大学学报(自然科学版);2007年S2期
8 刘光宇;刘国栋;韩云生;;一种基于全景视觉系统的Robocop机器人定位方法[J];江南大学学报(自然科学版);2009年03期
9 王璐,蔡自兴;未知环境中移动机器人并发建图与定位(CML)的研究进展[J];机器人;2004年04期
10 徐峻峰;林锦国;梅雪;钱厚亮;顾晓敏;;多目移动机器人实验平台的研究[J];机床与液压;2011年01期
11 张栩;;基于全景近红外视觉的室外移动机器人定位系统[J];微型电脑应用;2011年01期
12 王景川;陈卫东;张栩;;一种鲁棒的室外移动机器人路标定位系统[J];上海交通大学学报;2010年09期
13 ;Wilson Audio X1 Grand SLAMM扬声器[J];视听技术;1997年07期
14 魏芳,董再励,孙茂相,王晓蕾;用于移动机器人的视觉全局定位系统研究[J];机器人;2001年05期
15 陈卫东,张飞;移动机器人的同步自定位与地图创建研究进展[J];控制理论与应用;2005年03期
16 陈柏润,冯志春;制丝生产过程的仿真动画在SLAM网络模型中的实现[J];计算机应用研究;1995年05期
17 于殿勇,安永植,郭伟;可变履带式移动机器人[J];高技术通讯;1995年01期
18 冯建农,柳明,吴捷;自主移动机器人智能导航研究进展[J];机器人;1997年06期
19 张明路,孟庆浩,彭商贤;基于多传感器的移动机器人对感知环境的识别[J];天津大学学报(自然科学与工程技术版);1998年04期
20 黄操军,李德胜,王祁;移动机器人轨道检出用平面涡流传感器[J];传感器技术;1999年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 周军;徐卫;刘广存;蔡庆安;;基于达芬奇技术的移动机器人开发平台设计[A];第八届工业仪表与自动化学术会议论文集[C];2007年
2 贺锋;方勇纯;肖潇;王宇韬;;移动机器人全景视觉定位系统设计与实现[A];第25届中国控制会议论文集(下册)[C];2006年
3 张鑫;闫茂德;刘玉东;巨永锋;;未知环境下基于禁忌搜索的移动机器人自主导航[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 王宇韬;方勇纯;;鲁棒单目视觉SLAM系统研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
5 陈余庆;胡英;马孜;;基于贝叶斯理论的移动机器人相对定位[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 赵晖;王天然;刘德林;;分布式数据库在移动机器人中的应用[A];第十届全国数据库学术会议论文集[C];1992年
7 Adizul Ahmad;Shoudong Huang;Jianguo Jack Wang;Gamini Dissanayake;;A New State Vector for Range-Only SLAM[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference(CCDC)[C];2011年
8 ;AUV SLAM and Closed Loop Research in Large Scale Environment[A];2011年全国通信安全学术会议论文集[C];2011年
9 李俊泉;尹怡欣;;基于心理动力机制的移动机器人[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
10 周火凤;马保离;;离轴式拖车移动机器人的路径跟踪控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 编译 王金元;微型机器人 虫子般灵巧[N];北京科技报;2005年
2 张建松;科考机器人南极建功[N];科学导报;2008年
3 记者 杜华斌;美研制出世界最小移动机器人[N];科技日报;2005年
4 铭心孙伟;中国机器人首次上南极[N];中国质量报;2007年
5 王笑梅;沈阳机器人开始首次南极科考之旅[N];辽宁日报;2007年
6 通讯员 张婵记者 毕玉才 苗家生;国产机器人将首次登上南极[N];光明日报;2007年
7 本报记者  贾旮菲;“新松”恨不高千尺[N];现代物流报;2006年
8 高级记者 马驰;新松公司:不断征服新领域[N];沈阳日报;2010年
9 记者 高虹;海南造船接到国外订单[N];海南日报;2010年
10 张建松;特殊队员加盟南极科考[N];大众科技报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴叶斌;基于全景视觉的移动机器人SLAM方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 曲丽萍;移动机器人同步定位与地图构建关键技术的研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
4 王晶;自主水下航行器同步定位与构图方法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
5 杨放琼;基于信息融合的移动机器人定位导航及其深海采矿应用研究[D];中南大学;2010年
6 林睿;基于图像特征点的移动机器人立体视觉SLAM研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 尚文;以视觉传感为主的移动机器人定位导航和环境建模[D];东南大学;2005年
8 张亮;移动机器人同步定位与地图重建算法研究[D];浙江大学;2009年
9 陈家乾;移动机器人自主创建环境地图的研究[D];浙江大学;2009年
10 张帆;全景视觉图像质量优化方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 安山;移动机器人单目视觉SLAM中环路闭合检测问题研究[D];山东大学;2010年
2 赵一路;移动机器人SLAM问题研究[D];复旦大学;2010年
3 苏立;室内环境下移动机器人双目视觉SLAM研究[D];西安理工大学;2010年
4 郭贵冰;基于扫描匹配的移动机器人Range-only SLAM解决方法[D];燕山大学;2011年
5 刁国军;全景移动机器人SLAM关键技术研究[D];东北大学;2010年
6 朱俊;移动机器人路径规划及其控制策略的研究[D];西南大学;2010年
7 王友胜;FastSLAM2.0控制算法与PGR导航法则结合应用的可行性研究[D];大连交通大学;2010年
8 黄先伟;基于多传感器信息融合的家用移动机器人SLAM系统的研究[D];广东工业大学;2013年
9 柴红霞;移动机器人在SLAM中数据关联方法的研究[D];大连理工大学;2010年
10 王永清;同时定位与地图创建中的数据关联技术研究[D];中国海洋大学;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978