基于B樣條特征的SLAM算法研究.pdf

1、為了成功地完成未知環(huán)境中的各項(xiàng)任務(wù),移動(dòng)機(jī)器人必須具有利用其自身位姿信息及周圍環(huán)境特征地圖來實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航的能力。對(duì)機(jī)器人自身位姿和環(huán)境特征地圖的估計(jì)問題通常被稱作同時(shí)定位與地圖構(gòu)建(SLAM)問題。隨著SLAM逐漸成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),特征提取作為SLAM算法中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),近期也受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。特征提取的方法有很多,最常用的有點(diǎn)特征提取和線特征提取。雖然基于點(diǎn)特征和線特征的提取方法在SLAM問題中已經(jīng)得到成功的應(yīng)用,但隨

2、著現(xiàn)代環(huán)境中曲線幾何特征的出現(xiàn),準(zhǔn)確而有效的描述復(fù)雜性逐步增加的環(huán)境成為當(dāng)前特征提取急需解決的問題。
　　考慮到環(huán)境特征的復(fù)雜性以及點(diǎn)特征和線特征描述環(huán)境特征的局限性,本文介紹了一種新穎的使用B.樣條曲線去描述復(fù)雜環(huán)境特征的SLAM問題的解決方法-B-樣條SLAM。該方法使用B-樣條曲線作為環(huán)境特征的建模工具,控制點(diǎn)構(gòu)成的集合可以定義B-樣條曲線的形狀,用于對(duì)環(huán)境特征進(jìn)行完整簡(jiǎn)潔地描述。因?yàn)锽-樣條曲線使用控制點(diǎn)描述其形狀,因此將

3、B-樣條應(yīng)用于EKF-SLAM中同樣是可行的。高效的B-樣條曲線與EKF-SLAM框架相融合后,可以用參數(shù)化的方法表示任何復(fù)雜的環(huán)境結(jié)構(gòu)。
　　首先,緒論部分簡(jiǎn)要概述了本文的研究背景及其意義,移動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域?qū)Ш郊夹g(shù)的分類及其優(yōu)缺點(diǎn),SLAM算法的產(chǎn)生過程及研究成果。其次,介紹了基于特征的同時(shí)定位與地圖構(gòu)建算法(SLAM)的系統(tǒng)狀態(tài)模型、機(jī)器人和特征模型的表示方法,詳細(xì)介紹了基于EKF的SLAM算法的一般結(jié)構(gòu)框架及各部分的數(shù)學(xué)模型和

4、公式。再次,介紹了B-樣條曲線的基本原理,包括它的定義、重要性質(zhì)、B-樣條曲線的擬合方法及估測(cè)控制點(diǎn)協(xié)方差矩陣的計(jì)算,并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了曲線階次和節(jié)點(diǎn)間距對(duì)B-樣條擬合結(jié)果的影響。文章然后將B-樣條理論與SLAM算法有機(jī)地融合在一起形成了本文的核心內(nèi)容-B-樣條SLAM算法。基于B-樣條的特征提取,數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián),B-樣條SLAM算法的原理及預(yù)測(cè)、觀測(cè)、更新和地圖擴(kuò)充等過程都進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和推導(dǎo),仿真實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果說明無論環(huán)境的幾何特征如何復(fù)雜