SLAM算法簡介ppt課件.pptx

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1、slaM學(xué)習(xí)報(bào)告SLAM定義機(jī)器人主要解決的問題實(shí)現(xiàn)方法關(guān)鍵問題2021/8/282西安斯凱智能科技有限公司Skye?Intelligence?Technology大綱同步定位與地圖構(gòu)建（SLAM或Simultaneouslocalizationandmapping）是一種概念：希望機(jī)器人從未知環(huán)境的未知地點(diǎn)出發(fā)，在運(yùn)動(dòng)過程中通過重復(fù)觀測到的地圖特征（比如，墻角，柱子等）定位自身位置和姿態(tài)，再根據(jù)自身位置增量式的構(gòu)建地圖，從而達(dá)到同時(shí)定位和地圖構(gòu)建的目的。定位：機(jī)器人必須知道自己環(huán)境中的位置建圖：機(jī)器人必須

2、記錄環(huán)境中特征的位置SLAM:機(jī)器人在定位的同時(shí)建立環(huán)境地圖2021/8/283西安斯凱智能科技有限公司Skye?Intelligence?TechnologySLAM定義SLAM定義機(jī)器人主要解決的問題實(shí)現(xiàn)方法關(guān)鍵問題2021/8/284西安斯凱智能科技有限公司Skye?Intelligence?Technology大綱我在什么地方？機(jī)器人必須知道自身所處的位置才能為下一步的動(dòng)作做出相應(yīng)的決策。移動(dòng)機(jī)器人根據(jù)外部或內(nèi)部傳感器獲知環(huán)境信息來得到自身當(dāng)前的位置，這就是所謂的機(jī)器人定位問題，他是解決后兩個(gè)問題的

3、基礎(chǔ)我要去哪里？為了完成自身的任務(wù)或命令，機(jī)器人必須知道它將要去哪里，在實(shí)際應(yīng)用中，它必須能識別目標(biāo)，并確定目標(biāo)的狀態(tài)，值就是所謂的目標(biāo)定位。我該怎么去？一旦機(jī)器人知道了它在那里和將要去那里，那么它必須尋找一條既不碰到障礙物又能順利完成工作任務(wù)的最優(yōu)路徑，即路徑規(guī)劃問題。2021/8/285西安斯凱智能科技有限公司Skye?Intelligence?TechnologySLAM主要解決的問題SLAM定義機(jī)器人主要解決的問題實(shí)現(xiàn)方法標(biāo)題四2021/8/286西安斯凱智能科技有限公司Skye?Intellige

4、nce?Technology大綱卡爾曼濾波器法粒子濾波器法期望極大化（EM）法2021/8/287西安斯凱智能科技有限公司Skye?Intelligence?Technology實(shí)現(xiàn)方法該原理最先由Smith等人首先提出，利用包含機(jī)器人位姿向量和環(huán)境特征向量的增廣向量表示空間環(huán)境，講機(jī)器人運(yùn)動(dòng)與環(huán)境特征的關(guān)系描述為兩個(gè)非線性模型即機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模型和觀測模型。機(jī)器人控制信號輸入到系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模型中，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，卡爾曼濾波法根據(jù)系統(tǒng)模型實(shí)現(xiàn)機(jī)器人位姿的預(yù)測，同時(shí)機(jī)器人根據(jù)系統(tǒng)觀測模型獲得對環(huán)境特征的觀測。預(yù)測特

5、征和觀測特征之間要進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)匹配處理，選擇最佳匹配特征用于對機(jī)器人位姿的更新，候選匹配特征被認(rèn)為是對環(huán)境觀測獲得的新特征，用于對地圖的增廣。2021/8/288西安斯凱智能科技有限公司Skye?Intelligence?Technology卡爾曼濾波器法兩大問題：1.計(jì)算量大，需要計(jì)算系統(tǒng)協(xié)方差矩陣，即維持機(jī)器人與特征目標(biāo)之間以及各個(gè)特征之間的不確定性；2.不確定性高，由于受機(jī)器人自身以及外界因素干擾等，在定位和特征識別中存在很大不確定性。改進(jìn)方法：改進(jìn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法以提高數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)精度，減少特征數(shù)目，改進(jìn)地

6、圖表示方法和系特征的預(yù)測更新算法2021/8/289西安斯凱智能科技有限公司Skye?Intelligence?Technology卡爾曼濾波器法粒子濾波器的基礎(chǔ)是序貫重要性采樣，是通過MonteCarlo仿真來實(shí)現(xiàn)遞推貝葉斯濾波技術(shù)?；诹Ｗ訛V波器的SLAM方法中心思想是將SLAM問題分解為機(jī)器人的定位和路標(biāo)集合的估計(jì)兩個(gè)子問題來進(jìn)行求解。算法將粒子濾波器和卡爾曼濾波器結(jié)合起來，利用粒子濾波器進(jìn)行位姿的估計(jì)，而路標(biāo)位置的估計(jì)利用卡爾曼濾波器來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)不同路標(biāo)采用獨(dú)立的濾波器。步驟：1.采用新位姿，擴(kuò)展對

7、機(jī)器人路徑的后驗(yàn)估計(jì)；2.更新觀測路標(biāo)估計(jì)；3.計(jì)算采集權(quán)值，進(jìn)行重采樣處理。2021/8/2810西安斯凱智能科技有限公司Skye?Intelligence?Technology粒子濾波器法主要缺點(diǎn)：粒子數(shù)匱乏，即樣本貧化，是指隨著迭代次數(shù)增加，粒子喪失多樣性的現(xiàn)象。因此，研究如歌降低樣本貧化對SLAM的影響，對提高定位和地圖創(chuàng)建的精度具有重大意義。2021/8/2811西安斯凱智能科技有限公司Skye?Intelligence?Technology粒子濾波器法基于期望極大化算法的SLAM解決方案，將地圖

8、創(chuàng)建轉(zhuǎn)化為基于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和感知模型概率約束條件下的最大相似度估計(jì)問題，求得機(jī)器人位姿的最大后驗(yàn)概率估計(jì)。由于EM估計(jì)只能求取局部的極大值，在應(yīng)用中常用迭代算法，每次對位姿進(jìn)行修正，知道達(dá)到最大值，地圖創(chuàng)建的結(jié)果是一個(gè)個(gè)逐漸增進(jìn)的地圖。步驟：E-步：根據(jù)先驗(yàn)地圖信息估計(jì)機(jī)器人后驗(yàn)概率密度函數(shù)；M-步：目的是根據(jù)E-步的最優(yōu)估計(jì)，求取傳感器量測的最大似然估計(jì)，以創(chuàng)建新的最大相似地圖。2021/8/2812西安斯凱智能