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slam移动机器人导航算法研究(硕士论文),slam移动机器人导航算法研究(硕士论文)4.35万字69页摘 要智能移动机器人是一种在复杂的环境下工作的具有自规划、自组织、自适应能力的机器人。导航算法的研究是智能机器人研究领域的一个热点话题。智能导航的目的就是在没有人干预下使机器人有目的地移动并完成特定任务，进行特定操作。本文旨在结合国家自然科学基金和湖北省青年杰...
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SLAM移动机器人导航算法研究(硕士论文)
4.35万字 69页
摘 要
智能移动机器人是一种在复杂的环境下工作的具有自规划、自组织、自适应能力的机器人。导航算法的研究是智能机器人研究领域的一个热点话题。智能导航的目的就是在没有人干预下使机器人有目的地移动并完成特定任务，进行特定操作。本文旨在结合国家自然科学基金和湖北省青年杰出人才基金项目的需求，研究移动机器人同时定位与制图（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）问题，并在此基础上，研究机器人导航算法，使得机器人在完全未知结构化环境中实现“完全自主”。
文章首先回顾了导航技术的发展，对导航技术中的核心问题：定位与制图进行了详细分析，指出了机器人定位与制图研究中存在的问题，包括制图复杂度、数据匹配难度以及定位制图关联度等；在此基础上引出了本研究的重点：移动机器人同时定位与制图（SLAM）算法，并对其算法构架、属性、以及分类等相关内容进行了介绍。针对基于点特征的同时定位与制图算法中存在的计算复杂度与信息丰富度之间的矛盾，本文提出了一种基于线特征的同时定位与制图算法。文章对基于线特征的SLAM算法进行了详细的阐述，给出了包括机器人运动模型、观测模型的建立、数据匹配、状态更新、地图建立、地图管理等方面的相关公式；并通过仿真实验证实了本算法的正确性与可靠性。
针对导航算法中对路径规划的要求，本研究中着重考虑了机器人的局部规划即：避障；并对避障算法VFH/VFH＋进行了剖析。根据VFH/VFH＋算法与SLAM算法的特点，将二者相结合，形成了一种新的机器人导航算法。该导航算法较基于VFH/VFH＋的导航算法而言，使用范围更广，导航效果更佳。
目 录
第1章 绪 论 1
1.1课题研究的目的与意义 1
1.2课题研究的内容 2
1.3论文组织结构 2
第2章 移动机器人导航技术 4
2.1机器人导航概述 4
2.2移动机器人导航方式 4
2.3移动机器人的定位问题 6
2.4移动机器人的制图问题 7
2.4.1 地图的类型 7
2.4.2机器人制图存在的问题 8
2.4.3 同时定位与制图问题 9
2.5 本章小结 10
第3章 同时定位与制图（SLAM）算法 11
3.1 同时定位与制图算法介绍 11
3.1.1 SLAM算法性质 11
3.1.2 SLAM算法分类 12
3.2 基于特征SLAM算法构架简介 14
3.3传感器的选择及特征提取 15
3.3.1传感器选择 15
3.3.2特征提取 17
3.4噪音模型建立 17
3.5滤波技术简介 17
3.6卡尔曼滤波简介 18
3.6.1线性卡尔曼滤波简介 19
3.6.2 扩展卡尔曼滤波（EKF）简介 21
3.7 本章小结 22
第4章 一种基于线特征SLAM算法研究 24
4.1过程模型建立 24
4.2 观测模型的建立 26
4.3 算法的实施 26
4.3.1 机器人运动初始化 26
4.3.2 数据匹配 27
4.3.3 状态更新 30
4.3.4 新信息处理 31
4.3.5 地图管理 32
4.4 SLAM算法仿真 33
4.4.1 仿真环境的创建 33
4.4.2 SLAM算法示例 35
4.5本章小结 37
第5章 机器人避障算法 38
5.1 常见的避障算法介绍 38
5.2 VFH避障算法介绍 39
5.2.1 （Certainty Value）值的确定 39
5.2.2 VFH算法阐述 41
5.2.3 VFH+ 算法阐述 43
5.3 VFH+算法仿真 47
5.3.1 仿真环境的创建 47
5.3.2 仿真结果说明 49
5.4 本章小结 51
第6章 基于SLAM的导航算法 52
6.1基于SLAM的导航算法介绍 52
6.2基于SLAM的导航算法特点 53
6.3导航新算法的仿真 54
6.4本章小结 55
第7章 全文总结及展望 56
7.1全文总结 56
7.2本文主要贡献 57
7.3未来研究方向 57
参考文献 58
致 谢 62
作者攻读硕士期间参与项目及发表的论文 63
参考文献
[1]. 王耀南.机器人智能控制工程.科学出版社.pp267-268
[2]. 龚涛，蔡自兴，未知环境下移动机器人导航的并行进化模型，机器人
[3]. 蔡自兴，贺汉根，陈虹，未知环境中移动机器人导航控制研究的若干问题，控制与决策
[4]. 陆新华，张桂林，室内服务机器人导航方法研究，机器人
[5]. 卢韶芳，刘大维.自主式移动机器人导航研究现状及相关技术.农业机械学报
4.35万字 69页
摘 要
智能移动机器人是一种在复杂的环境下工作的具有自规划、自组织、自适应能力的机器人。导航算法的研究是智能机器人研究领域的一个热点话题。智能导航的目的就是在没有人干预下使机器人有目的地移动并完成特定任务，进行特定操作。本文旨在结合国家自然科学基金和湖北省青年杰出人才基金项目的需求，研究移动机器人同时定位与制图（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）问题，并在此基础上，研究机器人导航算法，使得机器人在完全未知结构化环境中实现“完全自主”。
文章首先回顾了导航技术的发展，对导航技术中的核心问题：定位与制图进行了详细分析，指出了机器人定位与制图研究中存在的问题，包括制图复杂度、数据匹配难度以及定位制图关联度等；在此基础上引出了本研究的重点：移动机器人同时定位与制图（SLAM）算法，并对其算法构架、属性、以及分类等相关内容进行了介绍。针对基于点特征的同时定位与制图算法中存在的计算复杂度与信息丰富度之间的矛盾，本文提出了一种基于线特征的同时定位与制图算法。文章对基于线特征的SLAM算法进行了详细的阐述，给出了包括机器人运动模型、观测模型的建立、数据匹配、状态更新、地图建立、地图管理等方面的相关公式；并通过仿真实验证实了本算法的正确性与可靠性。
针对导航算法中对路径规划的要求，本研究中着重考虑了机器人的局部规划即：避障；并对避障算法VFH/VFH＋进行了剖析。根据VFH/VFH＋算法与SLAM算法的特点，将二者相结合，形成了一种新的机器人导航算法。该导航算法较基于VFH/VFH＋的导航算法而言，使用范围更广，导航效果更佳。
目 录
第1章 绪 论 1
1.1课题研究的目的与意义 1
1.2课题研究的内容 2
1.3论文组织结构 2
第2章 移动机器人导航技术 4
2.1机器人导航概述 4
2.2移动机器人导航方式 4
2.3移动机器人的定位问题 6
2.4移动机器人的制图问题 7
2.4.1 地图的类型 7
2.4.2机器人制图存在的问题 8
2.4.3 同时定位与制图问题 9
2.5 本章小结 10
第3章 同时定位与制图（SLAM）算法 11
3.1 同时定位与制图算法介绍 11
3.1.1 SLAM算法性质 11
3.1.2 SLAM算法分类 12
3.2 基于特征SLAM算法构架简介 14
3.3传感器的选择及特征提取 15
3.3.1传感器选择 15
3.3.2特征提取 17
3.4噪音模型建立 17
3.5滤波技术简介 17
3.6卡尔曼滤波简介 18
3.6.1线性卡尔曼滤波简介 19
3.6.2 扩展卡尔曼滤波（EKF）简介 21
3.7 本章小结 22
第4章 一种基于线特征SLAM算法研究 24
4.1过程模型建立 24
4.2 观测模型的建立 26
4.3 算法的实施 26
4.3.1 机器人运动初始化 26
4.3.2 数据匹配 27
4.3.3 状态更新 30
4.3.4 新信息处理 31
4.3.5 地图管理 32
4.4 SLAM算法仿真 33
4.4.1 仿真环境的创建 33
4.4.2 SLAM算法示例 35
4.5本章小结 37
第5章 机器人避障算法 38
5.1 常见的避障算法介绍 38
5.2 VFH避障算法介绍 39
5.2.1 （Certainty Value）值的确定 39
5.2.2 VFH算法阐述 41
5.2.3 VFH+ 算法阐述 43
5.3 VFH+算法仿真 47
5.3.1 仿真环境的创建 47
5.3.2 仿真结果说明 49
5.4 本章小结 51
第6章 基于SLAM的导航算法 52
6.1基于SLAM的导航算法介绍 52
6.2基于SLAM的导航算法特点 53
6.3导航新算法的仿真 54
6.4本章小结 55
第7章 全文总结及展望 56
7.1全文总结 56
7.2本文主要贡献 57
7.3未来研究方向 57
参考文献 58
致 谢 62
作者攻读硕士期间参与项目及发表的论文 63
参考文献
[1]. 王耀南.机器人智能控制工程.科学出版社.pp267-268
[2]. 龚涛，蔡自兴，未知环境下移动机器人导航的并行进化模型，机器人
[3]. 蔡自兴，贺汉根，陈虹，未知环境中移动机器人导航控制研究的若干问题，控制与决策
[4]. 陆新华，张桂林，室内服务机器人导航方法研究，机器人
[5]. 卢韶芳，刘大维.自主式移动机器人导航研究现状及相关技术.农业机械学报
