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未知环境下移动机器人的同时定位与建图(Simultaneous Localization andMapping,SLAM)是自主探索领域的核心问题,自提出以来便受到了广泛关注,相关研究者提出了多种解决方法。目前SLAM的研究主要面向结构化环境。结构化环境是移动机器人SLAM研究与应用的主要环境之一,而激光和视觉传感器能够比较容易地提取点或线特征作为陆标,因此成为结构化环境下定位与建图采用的主要传感器。
本文针对结构化未知环境,对基于激光和单目视觉的SLAM问题进行研究,提出基于激光和视觉信息融合的主动SLAM方法。主要工作如下:
(1)针对二维结构化环境,提出了基于激光角点特征的SLAM方法。通过应用改进的运动学模型,并采用角点和线段混合观测的方法,提高了基于激光角点特征的SLAM的准确性和鲁棒性。
(2)针对三维结构化环境,提出了基于竖直线特征的单目视觉SLAM方法。为了解决单目视觉SLAM中的特征深度初始化问题,使用逆深度的表示方法描述竖直线特征的状态。
(3)在上述两个工作的基础上,针对三维结构化环境,提出了基于激光和单目视觉信息融合的主动SLAM方法。通过激光和视觉信息的融合得到更加准确的特征估计,进而提高了SLAM的准确性。另外,通过采取基于最优控制的主动SLAM方法,减小机器人定位与建图的不确定性,提高了SLAM的准确性和鲁棒性。