大范圍環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人同步定位和地圖創(chuàng)建研究.pdf

1、目前，在SLAM 領(lǐng)域中越來(lái)越多的學(xué)者從稀疏化信息矩陣的角度提高SLAM 算法的效率。在這些研究工作中，對(duì)于稀疏化信息矩陣問(wèn)題，大都從Bayes 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)入手，通過(guò)構(gòu)造合理的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)范化信息矩陣的稀疏化。而在具體算法中則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特性對(duì)路標(biāo)進(jìn)行分類處理，這樣做雖然會(huì)使信息矩陣在未經(jīng)任何處理的情況下自然稀疏化，從而提高SLAM 估計(jì)結(jié)果的精度，但由于算法中需要對(duì)路標(biāo)進(jìn)行分類，因此算法的時(shí)間復(fù)雜度也會(huì)隨之增加。本文提出的

2、算法是在Eustice擴(kuò)展信息濾波SLAM 算法上的改進(jìn)，通過(guò)對(duì)信息矩陣結(jié)構(gòu)特征的分析，使得改進(jìn)后的算法不僅解決了Thrun 算法中直接稀疏化信息矩陣導(dǎo)致的非一致問(wèn)題，而且實(shí)時(shí)性和實(shí)用性也大為提高了。另外，本文提出的算法與上述通過(guò)改進(jìn)Bayes 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到的算法相比，估計(jì)結(jié)果相當(dāng)，因而具有很高的理論和實(shí)際意義。 針對(duì)SLAM 領(lǐng)域中信息矩陣稀疏化的問(wèn)題，本文從擴(kuò)展信息濾波SLAM算法的幾何意義和相關(guān)公式兩個(gè)角度進(jìn)行分析，不

3、僅得到了規(guī)范化信息矩陣具有稀疏性的結(jié)論，而且首次提出了擴(kuò)展信息濾波SLAM 算法中信息矩陣的結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)信息矩陣的結(jié)構(gòu)特征，本文提出了一種擴(kuò)展信息濾波SLAM（Extended Information Filter SLAM，EIF-SLAM）的改進(jìn)算法：通過(guò)直接對(duì)信息矩陣進(jìn)行合理地稀疏化，并結(jié)合稀疏矩陣高效的運(yùn)算規(guī)則，顯著降低了原算法的計(jì)算復(fù)雜度；借助環(huán)閉合（或重定位）技術(shù)，有效抑制了由于稀疏化所導(dǎo)致的誤差，實(shí)現(xiàn)了在保證SLAM 估

4、計(jì)結(jié)果一致準(zhǔn)確前提下的高效性。最后，稀疏化與SLAM 求解精度的關(guān)系也從理論上給予了證明。 仿真針對(duì)一個(gè)大規(guī)模環(huán)境下的SLAM 問(wèn)題，討論了直接稀疏化信息矩陣擴(kuò)展信息濾波SLAM 算法的應(yīng)用。在設(shè)定運(yùn)動(dòng)模型和觀測(cè)模型參數(shù)之后，通過(guò)仿真結(jié)果重點(diǎn)對(duì)信息矩陣結(jié)構(gòu)特征、算法效率、環(huán)閉合以及誤差和協(xié)方差四個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)分別就室內(nèi)具有攝像頭的兩輪機(jī)器人和室外具有激光雷達(dá)的四輪機(jī)器人的情況進(jìn)行了討論。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)各具特色：實(shí)驗(yàn)一在實(shí)驗(yàn)