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基于多传感器信息融合的SLAM算法研究
摘要
目前,在机器人的定位导航中,对SLAM的精度要求逐步提升,单一传感器组成
的SLAM系统,由于传感器的局限性,在特定环境下建图效果会有所下降,由多传感
器组成的SLAM系统具有精度好,鲁棒性高,抗干扰能力强等优点,逐步成为现阶段
SLAM工程中常用的实践方法。粒子滤波技术作为SLAM工程中的重要分支,对提高
建图精度有显著作用。
为进一步满足低环境特征下的建图任务,本文结合Gmapping算法,在粒子滤波过
程中,引入萤火虫算法,通过对萤火虫算法的改进优化,设计了IFAG-SLAM算法,满
足了低配置机器人的运行需求。本文的主要研究内容概括如下:
利用轮式里程计,激光雷达,IMU等传感器,搭建四轮麦克纳姆机器人实验平台,
建立该机器人的运动控制模型。基于EKF理论,将轮式里程计数据与IMU数据进行信
息融合。为了验证融合效果,通过对照实验,对比融合里程计和轮式里程计的跟踪精
度,为后端输送精确的里程数据。
基于SLAM后端优化理论,对比分析了图优化和滤波器优化的优化过程和应用场
景,结合实际需求,采用滤波器优化中的粒子滤波作为本文的理论支撑。详细分析了
Gmapping算法的建图过程,通过数据集仿真,分析在实际环境下的建图效果。
介绍了萤火虫算法,通过仿真验证了算法性能,将其引入到Gmapping算法中,利
用萤火虫算法的强收敛性,改善粒子滤波中,粒子集的分布情况。对萤火虫算法进行
优化,改进了萤火虫的移动方式,增加了优化阈值和自适应步长等参数,进而设计出
了IFAG-SLAM算法。
基于Gazebo平台进行仿真,使用绘制工具,建立环境地图和机器人模型,通过
ROS系统,使用机器人模型,在地图中进行仿真,分析萤火虫算法在Gmapping算法中
的应用效果。在61号楼五楼进行实验,选用日字形长廊部分作为实验场地,通过两组
实验,对比分析改进算法和Gmapping算法在实际环境下的建图效果。
关键词:粒子滤波;多传感器融合;同步定位与建图;萤火虫算法;集群智能算法
I
基于多传感器信息融合的SLAM算法研究
Abstract
Inthedomainofrobotpositioningandnavigation,theaccuracyrequirementsof
SimultaneousLocalizationandMapping(SLAM)areconstantlyevolving.WhileaSLAM
systemwithasinglesensormayencounterlimitationsthathindermappingeffectivenessin
certainenvironments,systemsutilizingmultiplesensorsofferbenefitssuchasenhanced
accuracy,robustness,andresistancetointerference.Asaresult,theadoptionofmulti-sensor
SLAMsystemshasbecomeacommonpracticeincontemporarySLAMengineering.Particle
filtertechnology,acriticalelementofSLAMengineering,playsasignificantroleinimproving
mappingaccuracy.
ThisstudyintegratestheGmappingalgorithmwiththefireflyalgorithmwithintheparticle
filteringprocesstoaddressmappingchallenges