基于二維地圖匹配的機(jī)器人定位關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、機(jī)器人定位問題是自主機(jī)器人運(yùn)行過程中需要解決的難點(diǎn)問題之一。實(shí)際上，在很多應(yīng)用領(lǐng)域里機(jī)器人不可能觀測(cè)到全局信息，僅僅具有局部視覺功能，因此解決局部視覺機(jī)器人定位在工程上更實(shí)用、更有價(jià)值。本文系統(tǒng)地分析了基于二維地圖匹配定位的基礎(chǔ)理論，這種快速實(shí)用的方法不僅可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境機(jī)器人的定位，而且由于全球GPS系統(tǒng)能夠提供構(gòu)建的世界地圖，從而利用地圖匹配定位算法還可以實(shí)現(xiàn)戶外環(huán)境重構(gòu)和定位，使得此算法的應(yīng)用領(lǐng)域大幅擴(kuò)展。本文的主要成果如下：

2、 在傳統(tǒng)的概率模型里使用矢量VAF=(a，b)T描述一條直線，直線公式為y=ax+b。當(dāng)直線與Y軸平行時(shí)則出現(xiàn)一奇點(diǎn)，因此需要改變描述方程為：x=ay+b。兩個(gè)方程的交替使用，必然使得估計(jì)方程的交替過程比較復(fù)雜。通常在接近奇點(diǎn)時(shí)的協(xié)方差趨近于無(wú)窮，而且計(jì)算的精確性大幅度降低。本文應(yīng)用對(duì)稱擾動(dòng)模型(SPModel)描述任意二維幾何特征以及傳感器觀測(cè)的不確定性。該模型特點(diǎn)是將機(jī)器人的位置信息定義為四部分-位置矢量、擾動(dòng)量、協(xié)方差和約束矩

3、陣。用約束矩陣和相對(duì)位置矢量的積建立超聲波傳感器提取的直線特征與觀測(cè)讀數(shù)融合的數(shù)學(xué)模型，從而避免了傳統(tǒng)模型中的近奇點(diǎn)問題，提高了計(jì)算的精確性。 將固定的直線目標(biāo)和傳感器按照固定時(shí)序、角度旋轉(zhuǎn)掃描該直線目標(biāo)的過程，看成是傳感器不變，目標(biāo)沿著一條直線做常加速運(yùn)動(dòng)。根據(jù)這一思想，推導(dǎo)出相應(yīng)的傳感器狀態(tài)方程，并且將觀測(cè)過程系統(tǒng)參數(shù)不確定性定義在模型之中，采用H∞濾波估計(jì)實(shí)現(xiàn)超聲波傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)集合的分割，同卡爾曼濾波估計(jì)方法進(jìn)行比較，該

4、方法可以改善由于卡爾曼濾波發(fā)散而導(dǎo)致數(shù)據(jù)集合無(wú)法分割的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)提取有效數(shù)據(jù)的目標(biāo)。 將SPModel模型應(yīng)用于超聲波傳感器識(shí)別的角、半平面特征和視覺傳感器識(shí)別的垂直邊界的信息融合，校正二維多邊形環(huán)境地圖，從而應(yīng)用多傳感器融合實(shí)現(xiàn)了較為精確的二維環(huán)境地圖重建，為機(jī)器人最終實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位奠定了基礎(chǔ)。 將SPModel模型應(yīng)用于重構(gòu)的二維地圖與環(huán)境先驗(yàn)地圖模型匹配融合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人定位。將與幾何特征相關(guān)的約束條件應(yīng)用在匹配過程，