單目視覺移動機器人SLAM方法建模與仿真分析.pdf

1、玉兔號月球車成功登月并開展月球表面的巡游探測工作,被認為是我國第一次在月球留下足跡,標志著我國星球探測進入了星球表面未知環(huán)境自主探測領域。同時定位與構圖思想(SLAM)被學術界認為是移動機器人實現(xiàn)真正自主化的關鍵,它將移動機器人的定位與地圖構建融為一體,機器人在運動過程中根據(jù)自身位姿估計和環(huán)境感知構建增量式環(huán)境地圖的同時實現(xiàn)自身定位,可以較好地解決未知環(huán)境下機器人的定位與構圖。視覺傳感器可以獲取比較直觀和豐富的環(huán)境信息,且具有成本低、技

2、術成熟、環(huán)境適應性強等優(yōu)點,已經(jīng)廣泛應用于移動機器人領域。因此研究視覺機器人同時定位與構圖方法具有重要的理論意義和應用價值。
　　針對未知環(huán)境下移動機器人的定位與構圖問題,本論文建立了基于單目視覺移動機器人的SLAM系統(tǒng)模型以及EKF-vSLAM算法框架,并研制了單目視覺移動機器人用于后續(xù)SLAM系統(tǒng)測試,最后通過仿真以及實驗對相關理論以及算法進行了驗證。首先,在總結同時定位與構圖技術和視覺移動機器人發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀的基礎上對同

3、時定位與構圖方法的基本理論、技術難點、EKF實現(xiàn)算法以及常見地圖構建方法進行了介紹;接著對移動機器人EKF-vSLAM系統(tǒng)進行了建模,重點對單目視覺移動機器人的運動模型、視覺觀測模型以及EKF-vSLAM算法流程進行了研究;然后搭建了vSLAM系統(tǒng)的測試平臺,重點對單目視覺移動機器人的運動機構、運動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、攝像系統(tǒng)等部分進行了設計,并通過實際實驗對里程計和路標觀測誤差進行了測試分析;為了驗證課題提出的模型和算法的有效性,基于課題

4、安排進行了實驗設計與仿真分析,主要包括KF及EKF濾波仿真實驗、攝像機參數(shù)標定實驗、二維以及三維EKF-vSLAM算法仿真實驗、路標數(shù)量與系統(tǒng)性能關系以及運動路徑與誤差消除關系探究實驗。
　　通過實驗和仿真分析,驗證了卡爾曼濾波和擴展卡爾曼濾波分別在線性信號濾波和非線性信號濾波方面具有較好的效果,本文所提出的EKF-vSLAM算法能夠對里程計模型和視覺觀測帶來的誤差累計進行約束,降低移動機器人在未知環(huán)境中定位與構圖的不確定性,一定