机器人同时定位与地图构建技术研究.pdf

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1、第27卷第4期2010年4月计算机应用研究ApplicationResearchofComputers、roL27No．4Apr．2010机器人同时定位与地图构建技术研究柯文德1’2，蔡则苏2，李家兰1(1．茂名学院计算机科学与技术系，广东茂名525000；2．哈尔滨工业大学计算机科学与技术学院，哈尔滨150001)摘要：移动机器人同时定位与地图创建是实现未知环境下机器人自主导航的关键性技术，具有广泛的应用前景，也是目前机器人研究的热门课题之一。针对国内外近年来关于移动机器人同时定位与地图创建的研究工作进行了总结和分析，重点介绍了机器人的地图创建方法类别、基于概率理论的自主定位方法、同时定位与

2、地图创建的问题描述及研究方法等方面的发展现状及存在的不足。关键词：机器人；地图；未知环境；同时定位与地图创建中图分类号：TP242．6文献标志码：A文章编号：1001·3695(2010)04-1216—04doi：10．3969／j．issn．100l一3695．2010．04．004ResearchofsimultaneouslocalizationandmappinginrobotKEWen．delt一。CAIZe．su2，LIJia．1anl(1．D印‘，《Computer&&nee．MaomingCd如ge。Maomin曾Guangdong525000．China；2．&hool西C

3、omputerScience。HarbinInstitute霹Technology，Harbin150001，Ch／na)Abstract：Simultaneouslocalizationandmappingisthekeytechnologytorealizetheautonavigationforrobotintheunknownenvironment，whichhasbeenaparticularlyactivetopicofmobilerobotduetoitspotential．ThispaperWaSasurveyofthere-centresearchesOilsuchareas

4、ofSLAMa8typesofmapconstruction，selflocalizationbasedonprobability。descriptionofSLAManditsresearchingmethods，ere．RaisedSomeaspectsinSLAMneededtobeimprovedfinally．Keywords：robot；map；unknownenvironment；simultaneouslocalizationandmapping0引言·在未知的环境中，由机器人依靠其自身携带的传感器提供的信息建立环境模型并实现定位是目前自主移动机器人研究中的一个热点问题【l’2

5、J。机器人需要以某种形式对环境进行描述，构建环境地图模型，以便精确定位，而环境地图的建立又取决于机器人各时刻观测点的位置。因此，机器人面临着两难的情况：为了构建环境地图模型，机器人需要知道各个时刻的位置；而机器人若要知道各个时刻的位置(即定位)，则必须知道环境的地图模型。为了解决该问题，Smith与Self等人提出了同时定位与地图创建(simultaneouslocalizationandmapping，SLAM)的思想¨l，将地图创建和定位联合起来考虑，机器人根据已经创建的地图校正里程计的误差，其位姿误差不会随着运动距离的增大而迅速增大，可以创建精度更高的地图；同时解决了以往未知环境中由于机

6、器人里程计误差的无上限性造成的位姿不可靠问题。由于其重要的理论和应用价值，很多学者认为SLAM是实现真正全自主移动机器人的关键。1地图创建方法‘目前地图创建方法很多，大致可以归为四类：栅格表示法、几何信息表示法、拓扑图表示法和混合表示法。t)基于栅格的地图表示法H1将整个环境分为若干相同大小的栅格{彬。}，仅仅决定每个栅格是空(m。7=0)还是存在障碍物(m‘7=1)，对环境的其他特征不感兴趣。栅格地图很容易创建和维护，机器人所了解的每个栅格信息直接与环境中某区域对应，栅格地图的更新满足贝叶斯规则：p(mlx+,7。=np(zlmx。,y)P(m：“)。2)基于几何尺度的地图表示法”o指机器人

7、收集对环境的感知j提取更为抽象的几何特征或可以建模的对象来描述环境。该表示法较为紧凑，便于位置估计和目标识别，能够将室内环境定义为面、角、边的集合或者墙、走廊、门、房间等；对于室外的环境，可以用点特征来表示环境中路标特征。3)基于拓扑的地图表示法卜1选用一些特定地点来描述环境空间信息，通常表示为一个图表，图中节点表示一个特定地点，连接节点的弧表示特定地点之间的路径信息。拓扑地图对于结构化环境是一个