基于超声波的室内环境下移动机器人同时定位及地图构建
基于超声波的室内移动机器人局部环境建模研究
方法 ， 总结 了超声 波传感器 的特性 和常用模型 ，重点 比较并讨论 了各种多超声传 感器融 合算法及进 一步 的局部 环境建模 方 法 ，最后通过基于 超声波 的移动 机器 人在结构化室 内环境 中所能完成 的导航 、避障等任 务的分析得 出 了该研 究领域 中存在
维普资讯
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４ ２・
《 机床与液压》２ ０ ． ｏ７ ０ ６ Ｎ ．
基 于 超 声波 的室 内移 动 机 器 人 局部 环境 建 模 研 究
庞文尧 ，钞 海洋 ，罗小平 ，韦巍
（．浙江大学城市学院电气 系，杭州 ３０ １ ； ． １ １０ ５ ２ 浙江大学电气工程学院 ，杭州 ３０２ ） １０７
Ｐ ＮＧ Ｗｅ ｙ ｏ ，Ｃ Ａ ｎ ａ ＨＡ０ Ｈａ ａ ｇ ，Ｌ ａ ｐ ｎ Ｉ ｉ ｎ ２ Ｕ０ Ｘｉ ｏ ｉ ｇ ＇ ｙ ，Ｗ Ｅ ｅ ＩＷ ｉ
（ ．Ｄ ｐ ｒ ｎ ｆ ｌｃ ｃＥ ｇｎｅ ｎ ，Ｚ ｅｉ ｇＵ ｉ ｒｔ ｉ ｏｌ ｅ ａ ｇｈ ｕ３ ０ １ １ ｅａｔ ｔ ｅｔ ｎ ｉｅｒ ｇ ｈｊ ｎ ｎ ｅｓｙＣｔ Ｃ ｌ ｇ ，Ｈ ｎ ｚｏ １０ ５，Ｃ ｉａ ｍｅ ｏ Ｅ ｒ ｉ ｉ ａ ｖ ｉ ｙ ｅ ｈｎ ； ２ ｏ ｅｅｏ ｌ ｔｃｌ ｎ ｎｅ ｎ ，Ｚ ｅｉ ｇＵ ｉｅ ｉ ，Ｈ ｎｚｏ ０ ７ Ｃ ｉａ ．Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅ ｒ ａ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ｈｊ ｎ ｎ ｒ ｔ ｌ Ｅ ｃｉ ｉ ｉ ａ ｖｓ ｙ ａｇｈ ｕ３ ０ ２ ， ｈｎ ） １
０ 引言
些机器人 中较多地使用 了超声等廉价传感器 。
在机器人系统的各种研究和应用 中都需要最大限
移动机器人SLAM技术
移动机器人SLAM技术在当今科技飞速发展的时代，移动机器人已经成为了人们生活和工作中的得力助手。
从家庭中的扫地机器人到工业领域的自动化搬运机器人，它们的身影无处不在。
而要让这些机器人能够在未知环境中自由移动、执行任务并准确地感知自身位置和周围环境，就离不开一项关键技术——SLAM 技术。
SLAM 技术，全称为 Simultaneous Localization and Mapping，即同时定位与地图构建。
简单来说，就是让机器人在移动的过程中，一边确定自己的位置，一边构建周围环境的地图。
这就好比我们人类在一个陌生的地方，需要一边记住自己走过的路，一边了解周围的地形和地标，以便能够准确地找到自己的位置和规划下一步的行动。
想象一下，一个扫地机器人在你的家中工作。
如果它不知道自己在哪里，也不清楚房间的布局，那么它很可能会遗漏一些区域或者重复清扫某些地方，无法高效地完成清洁任务。
而有了 SLAM 技术，机器人就能够实时地感知自己的位置，绘制出房间的地图，并根据地图规划出最优的清扫路径，从而提高工作效率和效果。
SLAM 技术的实现主要依赖于多种传感器的协同工作。
常见的传感器包括激光雷达、摄像头、惯性测量单元（IMU）等。
激光雷达通过发射激光束并测量反射回来的时间和强度，可以精确地测量机器人与周围物体的距离和方向，从而构建出环境的三维模型。
摄像头则可以获取丰富的图像信息，通过图像处理和分析来识别物体和特征。
IMU则用于测量机器人的加速度和角速度，帮助确定机器人的姿态和运动状态。
这些传感器采集到的数据通常是大量的、复杂的，并且存在一定的误差和噪声。
因此，如何对这些数据进行有效的融合和处理，是SLAM 技术中的一个关键问题。
目前，常用的方法包括卡尔曼滤波、粒子滤波、图优化等。
这些方法可以对传感器数据进行融合和校正，提高定位和地图构建的准确性。
在移动机器人的实际应用中，SLAM 技术面临着许多挑战。
例如，环境的动态变化，如人员的走动、家具的移动等，会导致地图的不准确和定位的偏差。
同步定位与地图构建
同步定位与地图构建（来自维基百科，自由的百科全书）同步定位与地图构建（SLAM或Simultaneous localization and mapping）是一种概念：希望机器人从未知环境的未知地点出发，在运动过程中通过重复观测到的地图特征（比如，墙角，柱子等）定位自身位置和姿态，再根据自身位置增量式的构建地图，从而达到同时定位和地图构建的目的。
目录1 操作性定义2 技术上的问题2.1 地图构建2.2 传感2.3 定位2.4 建模3 相关文献4 参见5 参考资料6 外部链接1 操作性定义这里说的地图，是用来在环境中定位，以及描述当前环境以便于规划航线的一个概念；它通过记录以某种形式的感知获取的信息，用以和当前的感知结果相比较，以支撑对现实定位的评估。
在定位评估方面，地图提供的帮助程度，与感知的精度和质量成反相关。
地图通常反映了它被描绘出来的时刻的环境状态，所以它并不一定反映它被使用的时刻的环境状态。
在误差和噪音条件下，定位和地图构建技术上的复杂度不支持两者同时获得连续的解。
即时定位与地图构建（SLAM）是这样一个概念：把两方面的进程都捆绑在一个循环之中，以此支持双方在各自进程中都求得连续解；不同进程中相互迭代的反馈对双方的连续解有改进作用。
地图构建，是研究如何把从一系列传感器收集到的信息，集成到一个一致性的模型上的问题。
它可以被描述为第一核心问题：这个世界长什么样？地图构建的核心部分是环境的表达方式以及传感器数据的解释。
与之相比，定位，是在地图上估测机器人的坐标和姿势形态的问题；换而言之，机器人需要回答这里的第二核心问题，我在哪？典型的解包含以下两个方面：追踪——通常机器人的初始位置已知；全局定位——通常只给出很少，甚至不给出有关于起始位置环境特征的先验信息。
所以，同步定位与地图构建（SLAM）被定义为以下问题：在建立新地图模型或者改进已知地图的同时，在该地图模型上定位机器人。
实际上，这两个核心问题如果分开解决，将毫无意义；必须同时求解。
自动驾驶与机器人中的SLAM技术阅读随笔
《自动驾驶与机器人中的SLAM技术》阅读随笔1. SLAM技术概述随着科技的飞速发展，自动驾驶和机器人技术已经逐渐渗透到我们的日常生活中。
在这一领域中，SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，即同时定位与地图构建）技术发挥着至关重要的作用。
SLAM技术是一种基于传感器数据的定位方法，它通过实时采集环境信息，实现机器人在未知环境中的自主导航和路径规划。
SLAM技术的核心在于同时处理机器人的定位和地图构建两个任务。
在定位方面，SLAM系统利用激光雷达、超声波、红外等传感器获取环境信息，并通过算法计算出机器人的经纬度坐标。
在地图构建方面，SLAM系统通过滤波算法和优化方法，将传感器数据融合，实现对环境的全局感知和局部映射。
这种结合使得机器人能够在复杂环境中实现自主导航，完成各种任务。
随着深度学习、计算机视觉等技术的快速发展，SLAM技术在算法和性能上取得了显著的提升。
这使得自动驾驶和机器人技术在物流、安防、智能家居等领域具有广泛的应用前景。
SLAM技术在处理复杂环境和动态变化场景时仍面临诸多挑战，如传感器的性能受限、环境变化的不确定性等。
未来研究需要继续深入探索SLAM技术的创新方法和应用场景，以推动自动驾驶和机器人技术的不断发展。
1.1 SLAM的定义和发展历程SLAM(Simultaneous Localization and Mapping,同时定位与地图构建)技术是一种在未知环境中实现自主导航和地图构建的方法。
它通过同时进行定位和地图构建，使机器人能够在没有外部参考系的情况下，根据传感器数据实时更新自身的位置信息和环境地图。
SLAM 技术的发展经历了几个阶段，从最初的基于滤波器的SLAM方法，到基于图优化的SLAM方法，再到近年来的深度学习SLAM方法。
20世纪80年代，美国马里兰大学的研究团队首次提出了SLAM 的概念。
他们主要研究如何在移动机器人的环境中实现定位和地图构建。
移动机器人导航和SLAM系统研究
移动机器人导航和SLAM系统研究移动机器人导航和SLAM系统研究移动机器人导航和SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，同时定位与地图构建）系统是机器人技术领域中的重要研究方向。
随着科学技术的飞速发展，移动机器人的应用越来越广泛，如自动导航、环境勘测、搜救等。
而导航和SLAM技术作为移动机器人的核心能力，提供了机器人实现自主感知和智能决策的基础。
在移动机器人中，导航是指机器人根据环境信息规划并实现路径的选择和控制。
导航技术主要包括定位和路径规划两个方面。
定位是指机器人确定自身在某个参考坐标系下的位置和姿态信息。
常用的定位方法有惯性导航、视觉定位、激光测距等。
路径规划则是在已知环境地图和机器人当前位置的情况下，确定机器人从起点到终点的最优路径。
经典的路径规划算法包括Dijkstra算法、A*算法、RRT等。
好的导航系统需要准确的定位和高效的路径规划能力，以实现安全、快速、智能的移动。
而SLAM系统则是指机器人在未知环境中实时地自主构建地图，并同时定位自身的过程。
SLAM技术是移动机器人实现自主感知和智能决策的重要手段。
在SLAM系统中，机器人需要通过传感器获取环境的信息，并准确地估计自身的位置和构建地图。
常用的SLAM方法包括基于激光雷达的激光SLAM、视觉SLAM、RGB-D SLAM等。
机器人在运动中通过不断采集传感器数据，经过数据融合和优化算法，实现对环境的建模和自身的定位。
SLAM系统对机器人的控制和决策提供了重要的依据，被广泛应用于无人驾驶、智能巡检、室内导航等领域。
移动机器人导航和SLAM系统的研究面临多个挑战。
首先，环境不确定性是导航和SLAM的主要问题之一。
移动机器人所处的环境往往是未知的、复杂的、动态的，如何在不同的环境中实现可靠的导航和地图构建是一个需要解决的难题。
其次，机器人定位的精确性和实时性对导航和SLAM系统的性能有重要影响。
智能移动机器人同步定位与地图构建算法研究
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智能移动机器人 同步定位与地图构建算法研究
北华大学电气信 息工程 学院 崔 杨
【 摘要 】以移动机器 人的同步定位 与地 图构建 （ Ｓ Ｌ Ａ Ｍ）算法为研究对象 ，介 绍了机器 人同步定位 与地 图构建的原理 ，并对现有Ｓ Ｌ Ａ Ｍ算法进行 深入 研究。对现有 的Ｓ Ｌ Ａ Ｍ 算 法 进 行 改 进 ，提 出基 于 平 方 根 ＵＫＦ的Ｓ Ｌ ＡＭ算 法 ，仿 真 结 果 表 明 ， 新算 法 达 到提 高Ｓ Ｌ ＡＭ算 法 的稳 定 性 ，减 少 算 法运 算 复 杂 度 并 得 到 较 高 的 估 计 精 度 的 目
使 用１ Ｏ 只蚂 蚁 。
扑 地 图 中存 在 两 个 非 常 相 似 的 特 征 点 ， 机 器 人也很难 区分它们 。 ２ ． 移 动 机 器 人 同 时 定 位 与 地 图 构 建
（ Ｓ Ｌ Ａ Ｍ ）
移动机 器人 的Ｓ Ｌ Ａ Ｍ 算法最 早是 由Ｓ ｍ ｉ ｔ ｈ ￥ ￣ Ｃ ｈ ｅ ｅ ｓ ｅ ｍ ａ ｎ 在１ ９ ８ ５ Ｎ１ ９ ８ ６ 年 间提 出 来 的 。 他 们 在 这 一 时 期 创 建 了描 述 几 何 不 确 定 性 和 特征 与 特征 之 间 （ 或 路 标 与 路 标 之 间 ） 的 相 互关 系 的统 计 学原 理 。这 些工 作 成为 了 Ｓ Ｌ Ａ Ｍ 问 题解 决 方 法 的数 学 基 础 。在 １ ９ ８ ６ 年 的
… … … … …… … … … … 。 孟主 … … …… … … … …… … ～
在 挫索 中获
得全局知识
移动机器人同步定位与地图构建关键技术的
移动机器人同步定位与地图构建关键技术的汇报人：2024-01-08•引言•移动机器人定位技术•地图构建技术目录•同步定位与地图构建算法•实验与结果分析•结论与展望01引言移动机器人技术发展迅速，广泛应用于军事、救援、农业等领域。
同步定位与地图构建（SLAM）是移动机器人领域的重要技术，能够实现机器人在未知环境中的自主导航和地图构建。
随着人工智能和传感器技术的发展，SLAM技术不断取得突破，为机器人提供了更准确、高效的环境感知和导航能力。
背景介绍SLAM技术是实现机器人智能化的关键，对于提高机器人自主性、降低对人工干预的依赖具有重要意义。
SLAM技术有助于解决机器人导航、环境感知等领域的难题，为机器人技术的发展和应用提供了新的思路和方法。
SLAM技术的研究对于推动智能机器人、无人系统等领域的创新发展具有重要意义，有望为未来的智能化社会做出重要贡献。
研究意义02移动机器人定位技术总结词传感器融合定位技术利用多种传感器信息融合，提高定位精度和鲁棒性。
传感器融合定位技术通过整合惯性传感器、轮速传感器、里程计、GPS等多元信息，利用算法进行数据融合处理，以获得更准确和可靠的位置估计。
能够减小单一传感器的误差，提高定位精度；能够适应多种环境，具有较好的鲁棒性；能够提供更多的信息来源，提高系统的可靠性。
如何选择和优化传感器组合，以提高定位精度和鲁棒性；如何处理和融合大量数据，以降低计算复杂度和提高实时性。
详细描述传感器融合定位技术的优点包括传感器融合定位技术面临的挑战包括传感器融合定位概率定位算法•总结词：概率定位算法基于概率论和统计学原理，对移动机器人的位置进行估计。
•详细描述：概率定位算法通过建立机器人位姿的联合概率分布，利用已知的环境信息和传感器观测数据，采用最优化方法求解机器人的位置和姿态。
常见的概率定位算法包括卡尔曼滤波、蒙特卡洛滤波和粒子滤波等。
•概率定位算法的优点包括：能够处理带有噪声和误差的观测数据，提供位置估计的不确定性信息；能够根据已知的环境信息和先验知识对位置进行预测和优化。
多机器人同步定位与地图构建的地图融合算法的改进
1 引言
同 步 定 位 与 地 图 构 建 (simultaneous localization and mapping, SLAM)是机器人领域重要的一部分, 可 以使移动机器人能够通过传感器数据来定位和构建 未 知 环 境 的 地 图[1–4]. 其 中, 最 初 由 Chessseman 和
第 36 卷第 trol Theory & Applications
Vol. 36 No. 8 Aug. 2019
多机器人同步定位与地图构建的地图融合算法的改进
马树军†, 杨 磊, 白昕晖, 李忠明
(东北大学 机械工程与自动化学院, 辽宁 沈阳 110819)
摘要: 本文主要研究了多机器人同步定位与地图构建(SLAM)的地图实时融合问题. 在本文中提出一种混合的 SLAM算法(HybridSLAM)算法, 可以同时观测和更新多个路标, 并根据FastSLAM2.0思想利用选取的最准确的路标 观测值来修正机器人位姿. 然后, 在改进HybridSLAM算法基础上, 进一步提出一种改进的多机器人HybridSLAM 算法(MR–IHybridSLAM). 每个机器人在不同初始位置运行IHybridSLAM算法构建子地图, 并将子地图信息实时发 送到同一工作站中. 根据卡尔曼滤波(KF)原理将每个机器人构建的子地图融合成全局地图. 最后, 通过仿真实验构 建多机器人融合的特征地图并与单一机器人快速的SLAM算法(FastSLAM) 和HybridSLAM算法构建的地图进行误 差对比, 进一步来验证该算法的准确性、快速性和可行性.
关键词: 多机器人系统; 同步定位与地图构建; 卡尔曼滤波; 地图融合; 移动机器人 引用格式: 马树军, 杨磊, 白昕晖, 等. 多机器人同步定位与地图构建的地图融合算法的改进. 控制理论与应用, 2019, 36(8): 1345 – 1350 DOI: 10.7641/CTA.2018.80308
机器人自主定位与地图构建技术研究
机器人自主定位与地图构建技术研究随着人工智能的飞速发展，机器人在日常生活中应用的场景也越来越多。
在一些工艺、生产和服务等行业领域，机器人的自动化生产和服务已经成为当下的发展趋势。
然而，机器人要实现自主定位和导航，需要借助一些先进的技术，其中自主定位和地图构建是其中重要的两项技术。
一、机器人自主定位技术机器人自主定位技术是指机器人在没有人为干预的情况下，通过各种传感器和计算机算法，准确判断自身位置信息。
其中包括惯性测量单元（IMU）、激光雷达、相机等传感器。
IMU是一种测量和记录机器人加速度和角速度的设备。
通过IMU可以准确测量机器人运动的加速度和角速度，并且可以通过积分得到机器人的位置和方向信息。
不过由于IMU本身有较大的误差，需要通过其他传感器来对测量值进行修正。
激光雷达则是一种通过探测反射光来获取三维空间点云信息的设备。
在机器人进行定位时，激光雷达可以扫描周围环境，获取到周围物体的空间位置信息，通过这些信息确定机器人相对于周围环境的位置。
相机则是一种通过采集图像信息获取物体空间位置信息的设备。
在机器人进行定位时，相机可以将周围环境拍摄下来，通过计算图像坐标与真实物体间的关系，从而确定机器人相对于周围环境的位置。
二、机器人地图构建技术机器人地图构建技术则是指机器人通过多种传感器和算法，实现对周围环境的建模和构建。
其中传感器包括激光雷达、相机、声纳等。
构建地图的算法主要有基于几何形状、基于随机场的方法和基于实时SLAM算法等。
基于几何形状的算法一般通过分割物体、建立点云或三维模型的方法，将环境建立为带有物体形状、尺寸等几何信息的地图。
基于随机场的算法则是将地图看做由许多连续概率变量构成的随机场，在传感器不断采集环境信息的过程中，实时更新地图中各个区域的状态和概率分布。
基于实时SLAM算法则是在机器人移动时，通过对激光雷达和相机等传感器数据的实时处理，实现对地图的实时建立和更新。
三、机器人自主定位与地图构建的研究进展近些年来，国内外学者在机器人自主定位和地图构建方面的研究取得了许多进展。
超声波雷达在机器人导航中的应用研究
超声波雷达在机器人导航中的应用研究超声波雷达是一种常用的传感器技术，已经广泛应用于机器人导航领域。
本文将探讨超声波雷达在机器人导航中的应用研究，并介绍其原理、优势和应用案例。
一、超声波雷达的原理超声波雷达是一种利用声波的特性进行测距和探测的技术。
它通过发射超声波信号，并接收回波，根据接收到的回波信号的时间延迟和强度来计算目标物体与传感器的距离和方向。
超声波雷达的工作原理基于声波传播的基本原理。
当超声波信号发射后，它在空气中传播，并通过反射或折射与目标物体相互作用。
传感器接收到回波信号后，利用声波的传播速度和回波信号的时间延迟来计算目标物体的距离。
同时，通过接收回波信号的强度变化，可以获取目标物体的形状和表面特征。
二、超声波雷达在机器人导航中的优势1. 非接触测距：超声波雷达采用无线方式进行信号的发射和接收，无需接触目标物体，避免了物体的损坏或干扰。
2. 高精度测距：超声波传播速度稳定，测距精度较高，可以到达亚毫米级别。
这使得机器人能够精确地感知周围环境的距离信息。
3. 强适应性：超声波雷达对环境的适应性较好，可以在不同的环境条件下工作，如室内、室外、混凝土墙壁等。
4. 低成本：相比其他测距传感器，超声波雷达的成本相对较低，适用于大规模的应用。
三、超声波雷达在机器人导航中的应用案例1. 环境建模：超声波雷达可以通过扫描周围环境的距离信息，生成环境地图，为机器人导航提供必要的数据支持。
机器人可以根据地图规划最优路径，并避开障碍物。
2. 避障导航：超声波雷达可以感知到周围障碍物的距离和方向，机器人可以根据这些信息来避免碰撞。
在室内环境中，机器人可以通过超声波雷达避免家具、墙壁等障碍物，实现自主导航。
3. 声纳定位：超声波雷达可以通过测量声波信号的回波时间延迟和强度，实现机器人的定位。
通过与其他传感器（如惯性导航、相机等）的联合使用，可以提高定位的精度和稳定性。
4. 跟随导航：超声波雷达可以用于机器人与人类用户之间的交互。
基于低成本移动机器人设计的超声SLAM
基于低成本移动机器人设计的超声SLAM 超声SLAM是一种基于超声波传感技术的同时定位与地图构建方法，适用于低成本移动机器人。
本文将从超声SLAM的原理、算法、应用以及未来的发展方向等方面进行详细阐述。
一、超声SLAM的原理与算法超声SLAM的原理是通过超声波传感器获取环境的距离信息，并结合机器人的运动控制信息，利用计算机算法实时估计机器人的位置和构建地图。
常用的超声波传感器包括二维扫描传感器和多段探测传感器。
二维扫描传感器可以通过旋转测量环境中各个方向的距离信息，而多段探测传感器则通过多个固定的超声波传感器探测离机器人一定距离处的障碍物。
超声SLAM的算法通常采用粒子滤波器（Particle Filter）和扩展卡尔曼滤波器（Extended Kalman Filter）两种方法。
粒子滤波器是一种基于蒙特卡洛采样的非线性滤波算法，适用于非高斯分布的状态估计问题。
扩展卡尔曼滤波器则是一种线性化的滤波算法，适用于高斯分布的状态估计问题。
二、超声SLAM的应用超声SLAM在室内导航、环境建模、自主探测和人机交互等方面具有广泛的应用。
在室内导航方面，超声SLAM可以帮助机器人在未知环境中实现定位和路径规划，以便完成室内巡航、自主清扫等任务。
在环境建模方面，超声SLAM可以根据采集到的超声波数据实时构建机器人周围的环境地图，为后续的自主导航提供依据。
在自主探测方面，超声SLAM可以通过超声波传感器检测环境中的障碍物，以及对障碍物的距离进行估计，从而实现智能避障和环境感知。
在人机交互方面，超声SLAM可以帮助机器人定位和识别人体，提高机器人与人类的互动效果。
三、超声SLAM的未来发展方向超声SLAM在低成本移动机器人领域具有广阔的应用前景，未来还有以下几个方向可以进一步发展。
1.算法优化：超声SLAM的算法需要不断优化和改进，提高定位和地图构建的精度和稳定性。
例如，可以将深度学习等机器学习方法引入超声SLAM，提高对环境和障碍物的自动识别和分类能力。
移动机器人视觉SLAM研究综述
移动机器人视觉SLAM研究综述一、本文概述随着移动机器人技术的不断发展，视觉SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，即同时定位与地图构建）已成为该领域的研究热点。
本文旨在对移动机器人视觉SLAM的研究进行综述，全面梳理相关理论、方法和技术，总结现有研究成果，探讨未来发展趋势。
本文首先介绍了视觉SLAM的基本概念、原理和发展历程，阐述了视觉SLAM在移动机器人领域的重要性和应用价值。
随后，重点分析了视觉SLAM的关键技术，包括特征提取与匹配、相机姿态估计、地图构建与优化等方面，并对各类方法进行了详细的比较和评价。
在综述过程中，本文注重理论与实践相结合，既介绍了视觉SLAM 的理论基础，又通过案例分析展示了视觉SLAM在实际应用中的效果。
本文还探讨了视觉SLAM面临的挑战与问题，如环境适应性、计算复杂度、鲁棒性等，并提出了相应的解决思路和发展方向。
通过本文的综述，读者可以全面了解移动机器人视觉SLAM的研究现状和发展趋势，为相关领域的研究和实践提供有益的参考和借鉴。
二、视觉SLAM技术原理视觉SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）是一种利用视觉传感器（如相机）进行环境感知和定位的技术。
其核心原理是通过相机捕捉到的图像序列，进行特征提取、匹配和追踪，从而估计机器人的位姿（位置和姿态）以及构建周围环境的地图。
视觉SLAM技术可以分为特征点法和直接法两大类。
特征点法基于图像中的特征点进行匹配和追踪，通过最小化重投影误差来优化机器人的位姿和地图点。
这种方法对光照和视角变化具有一定的鲁棒性，但可能会受到特征点稀少或纹理不足的影响。
直接法则是利用像素灰度信息，通过最小化光度误差来优化机器人的位姿和地图。
这种方法可以处理特征点稀少或无纹理的场景，但对光照和噪声较为敏感。
视觉SLAM技术通常包括前端和后端两部分。
前端主要负责图像处理和特征提取，以及机器人位姿和地图点的初步估计。
移动机器人的同步自定位与地图创建研究进展
内容摘要
此外，通过引入无线通信技术，如蓝牙、Wi-Fi和超宽带（UWB），可以进一 步提高定位精度和鲁棒性。
内容摘要
其次，地图创建方面的研究也取得了显著的进展。传统的SLAM算法主要依赖 于激光雷达（LIDAR）或RGB-D相机来创建环境地图。然而，近年来，随着深度学 习技术的发展，研究者们开始尝试利用这些技术来提高地图创建的精度和效率。
一、引言
一、引言
移动机器人的自定位与地图创建是机器人研究领域的热点问题。在未知环境 中，机器人需要依靠传感器和算法来实现自定位和地图创建。近年来，研究者们 在提高定位和地图创建的精度、速度和稳定性方面取得了重要进展。
二、同步自定位与地图创建算法
1、扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filter，EKF）
四、结论
四、结论
移动机器人的同步自定位与地图创建研究已经取得了重要进展。然而，仍存 在许多挑战需要进一步研究和解决。未来的研究应传感器融合、高性能计算平台、 与深度学习、多机器人协同以及实时导航与决策等领域的发展，以进一步推动移 动机器人在各个领域的应用。
参考内容
内容摘要
移动机器人在现代社会中扮演着越来越重要的角色，从家庭服务到工业生产， 再到危险环境的探测和应对，其应用领域广泛且具有重要意义。为了使移动机器 人更好地适应各种环境，研究者们致力于开发同时定位与地图创建 （Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）的技术。
移动机器人的同步自定位与 地图创建研究进展
01 一、引言
目录
02
二、同步自定位与地 图创建算法
三、同步自定位与地
03 图创建的挑战与未来 发展
04 四、结论
基于激光雷达的室内导航系统设计与实现
基于激光雷达的室内导航系统设计与实现室内导航系统是指通过科技手段，在室内环境中利用定位和导航技术为用户提供准确可靠的导航服务。
基于激光雷达的室内导航系统是一种先进的室内导航系统，它采用激光雷达作为主要的感知设备，实现对室内环境的精准定位和导航。
基于激光雷达的室内导航系统设计与实现主要包括以下几个方面：硬件设计、传感器数据处理、室内地图构建和路径规划算法。
首先是硬件设计。
激光雷达是基于激光原理工作的传感器，它通过向周围发射激光束并接收反射光束来实现对距离和方向的测量。
在室内导航系统中，我们需要选择一个适合的激光雷达，并将其安装在导航机器人上。
同时，还需添加其他传感器，如惯性导航系统、摄像头等，以提高定位和导航的准确性。
其次是传感器数据处理。
激光雷达产生的数据包含了环境中障碍物的距离和方向信息。
我们需要对这些数据进行处理，以提取出所需的信息。
常用的方法有点云数据处理和图像分析算法。
点云数据处理将激光雷达扫描得到的数据转化为三维点云模型，用于室内地图的构建和路径规划。
图像分析算法通过分析激光雷达扫描得到的图像，识别出环境中的障碍物，为导航提供决策依据。
第三是室内地图构建。
在基于激光雷达的室内导航系统中，室内地图的构建是核心任务之一。
通过激光雷达扫描得到的点云数据，可以建立室内环境的三维模型。
这种三维模型可以包括房间的布局、墙壁、家具等信息。
通过将这些信息进行处理和标记，可以形成一个完整的室内地图。
室内地图的构建是系统的基础，对导航系统的准确性和有效性至关重要。
最后是路径规划算法。
在室内导航系统中，路径规划是实现导航功能的关键所在。
通过分析室内地图和实时感知数据，系统需要计算出最优的导航路径。
常用的路径规划算法有A*算法、Dijkstra算法等。
这些算法通过权衡路径长度和时间等因素，选择出最优的路径，并指导导航机器人的移动。
综上所述，基于激光雷达的室内导航系统设计与实现是一个复杂而重要的任务。
通过合理选择和配置硬件设备，有效处理传感器数据，构建准确的室内地图，并利用先进的路径规划算法，可以实现高精度、可靠的室内导航服务。
基于超声波技术的智能室内定位研究
基于超声波技术的智能室内定位研究随着智能家居技术的不断进步，越来越多的人开始关注室内定位。
智能室内定位技术可以为人们提供更多便利，使室内生活更加舒适。
目前，基于超声波技术的室内定位系统已经得到广泛应用，成为研究热点之一。
一、超声波技术与室内定位超声波技术是一种非常先进的测量技术，能够在两个点之间传输信息。
它可以被用于声学测量、控制、定位、人机交互、检测和安全领域，其中最为重要的一个应用就是室内定位。
超声波技术的优点在于其信号强、传输距离长，能够覆盖更广的室内范围。
它可以通过改变超声波的频率、振幅、相位等来实现不同的室内定位功能，因此被广泛应用于各种不同的室内定位系统中。
二、基于超声波技术的室内定位系统基于超声波技术的室内定位系统主要有三个方面的应用：超声波传感、超声波定位和超声波导航。
下面将分别对这三个方面的应用进行阐述。
超声波传感：超声波传感器是基于超声波技术的传感器，它可以探测到物体的距离、方向和速度等信息。
使用超声波传感器可以让智能设备更加灵活和便利，可以实现人机交互、自动控制等功能。
超声波传感器被广泛应用于各种室内定位系统，包括智能家居、智能门锁等。
超声波定位：超声波定位是通过测量超声波的传输时间和信号强度来进行室内定位。
超声波定位可以提供高精度、高准确性的定位信息，可以实现单室内或多室内的定位需求。
超声波定位被广泛应用于室内导航、智能家居等领域，为人们的生活带来了更多便利。
超声波导航：超声波导航是一种基于超声波技术的室内导航系统，它可以为使用者提供更准确、更快速的导航信息。
超声波导航系统可以通过声波反射和声纹识别等技术来实现室内导航，帮助人们更好地掌握室内环境，使人们的室内生活更加方便。
三、基于超声波技术的室内定位系统应用案例1.智能门锁：智能门锁是基于超声波技术的一种室内定位系统，它可以通过超声波传感器探测人体距离门锁的距离和方向，从而实现远程开门和关门的功能。
使用智能门锁既方便又安全，而且在实际应用中被证明是非常可靠的。
一种室内环境下机器人同时定位与地图构建方法
复杂度高的主要原因。 目 前的很多研究也是围绕降
低 Ｅ Ｆ的计 算 量来进 行 的 。Ｌｏａ Ｋ ｅｎｒ Ｆｄｒ 出一 ｄ和 ｅｅ 提 种 分离 随 机 地 图 （ ｓ 的方 法 来 解 决 这 个 问题 … ， Ｄ Ｍ） Ｄｓ ｎｙｋ 等 提 出 了一 种删 除 无用 路 标 的方 法 以减 ｉａａａｅ ｓ 少 计 算量 ＿。这几 种 方法实 质 上都 是用 减少 环 境 特 １ Ｊ
申丽曼 ，蔡 自兴
（ 中南 大学信息 科学与工程学 院 ，长 沙 ４０ ８ ） １０ ３
摘
要 ：介 绍 了一种 移 动机 器人 室 内环 境 下 同 时定 位 与 地 图构 建 方 法 ，给 出 了整 个 系统 的 结构
框图。将从激光传感信息 中 提取 出的直线特征作为主要 的环境描述特征 ，用 Ｅ Ｆ算法更新机 器 Ｋ
Ｋｅ ｒ ｓ： ｍｏ ｉｅ ｒｂ ｔ ｓｍｕ ｔｎｅ ｕ ｏ ａｉａｉｎ ａ ｄ ｍ ｐ ｉ ｇ； ｅ ｔｎ ｌ ｎ ｆｌ ｒ Ｉ Ｆ ｙ ｗｏ ｄ ｂ ｌ ｏ ； ｉ ｌａ ｏ ｓ ｌｃ ｌ ｔ ｏ ｚ ｏ ｎ ａ ｐｎ ｘｅ ｄ Ｋａｍ 定位 和地 图构建 方法将 环 境特
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２０ ０ ７年第７ 期
中图分类号 ：Ｐ ４ Ｔ ２２ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ：０９— ５２ ２ｃ ）ｒ一 Ｏ４ ４ １０ ２５ （０ｒ Ｏ Ｏ Ｏ —０ ７ ７
slam原理
slam原理SLAM原理。
SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）即同时定位与地图构建，是指机器人或无人驾驶汽车等自主移动设备在未知环境中同时实现自身定位和环境地图构建的过程。
SLAM技术在无人驾驶、智能导航、室内定位等领域有着广泛的应用，是实现自主移动设备智能化的关键技术之一。
SLAM的基本原理是通过传感器获取环境信息，包括视觉、激光雷达、超声波等传感器，利用这些信息实现自身定位和地图构建。
在SLAM中，自身定位是指确定自身在环境中的位置和姿态，地图构建是指利用传感器信息构建环境的地图。
通过不断地获取传感器信息，并结合运动模型和观测模型，实现自身定位和地图构建的过程。
在SLAM中，传感器起着至关重要的作用。
视觉传感器能够获取环境的图像信息，通过图像处理和特征提取，实现对环境的感知和地图构建；激光雷达能够获取环境的三维点云信息，通过对点云数据的处理和分析，实现对环境的感知和地图构建；超声波传感器能够获取环境的距离信息，通过对距离数据的处理和分析，实现对环境的感知和地图构建。
不同的传感器在SLAM中各有优势和局限，可以根据具体的应用场景选择合适的传感器组合。
SLAM的实现过程中，运动模型和观测模型是至关重要的。
运动模型描述了自主移动设备的运动规律，包括平移和旋转；观测模型描述了传感器获取环境信息的规律，包括特征提取和匹配。
通过运动模型和观测模型，可以将传感器信息和自身运动进行融合，实现自身定位和地图构建的精确度和稳定性。
SLAM技术的发展离不开计算机视觉、机器学习和传感器技术的进步。
计算机视觉为SLAM提供了强大的图像处理和特征提取能力，机器学习为SLAM提供了强大的模式识别和数据分析能力，传感器技术为SLAM提供了丰富的环境感知和信息获取能力。
这些技术的不断进步和融合，推动了SLAM技术的不断发展和应用。
总之，SLAM作为一种重要的自主移动设备技术，具有广阔的应用前景和发展空间。
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ＵＬＴＲＡＳＯＵＮＤ．ＢＡＳＥＤ ＳＩＭＵＩ，ＴＡＮＥＯＵＳ ＬＯＣＡＬＩＺＡＴｌ０Ｎ ＡＮＤ ＭＡＰＰＩＮＧ ＦＯＲ ＭＯＢＩＬＥ
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Ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ ｌｏｃａｌｉｚｅ ａ ｒｏｂｏｔ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｍａｐ ｉｔｓ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓ ｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｏ ｂｅ ａ ｋｅｙ ｐｒｅｒｅｑｕｉｓｉｔｅ ｏｆ ｔｒｕｌｙ ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔｓ．Ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ｉｎｔｏ ｉｎｄｏｏｒ ｒｏｂｏｔ ａｎｄ ｏｕｔｄｏｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｉｍｓ ｔｏ ｓｔｕｄｙ
何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。
埤终． 本人签名：
同期： 盈盘：主：华
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第弟一早 章 绪硒下人的出现和发展，不但使人类传统的工业生 产发生了根本性的变化，而且将对人类的社会尘活产生深远的影响。作为－－＋新 兴的技术，机器人技术的发展最开始也不是一帆风顺，从二十世纪六十年代第一 台工业机器人被发明出以来，一直到七十年代初期机器人技术的发展还都很缓 慢。这一阶段的成果主要有美困斯坦福研究院于１９６８年研制的移动智能机器人
ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｐｐｉｎｇ（ＳＬＡＭ）．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ
ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｌｉｎｅａｒ ｐｒｏｇｒａｍ．Ｂｙ ｌｉｎｅａｒｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎ，ｉｔ ｗｉｌｌ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ａｍｏｕｎｔ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．
第三章 基于超声波传感器的测距系统…………………………………………．１５ ３．１ 超声波传感器测黾特性…………………………………………………１５ ３．２ 超声波测距系统硬件设计………………………………………………１７ ３．２．１ 超声波传感器模块………………………………………………．１７ ３．２．２ 基于ＤＳＰ的控制电路设计………………………………………１８ ３．２．３ 硬件电路的抗干扰没计…………………………………………．２７ ３．３ 超声波测距系统软件设计………………………………………………２８ ３．３．１ 多传感器分组触发………………………………………………．．２９ ３．３．２ 传感器数据的Ａ／Ｄ采样…………………………………………３１ ３．３．３ 测量数据的处理…………………………………………………．．３１ ３．３．４ 软件抗干扰设计…………………………………………………。３２ ３．４ 超声波测距系统实验……………………………………………………．３３ ３．５ 本章小结…………………………………………………………………３４
Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｎ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｉｓｔａｎｃｅ－ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．ＴＩ’Ｓ
ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７ ｉｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．Ｏｎ ｔｈｅ ｏｎｅ ｈａｎｄ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｓｅｎｓｏｒｓ ｃａｐｔｕｒｅ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｏｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ａ ｍｕｌｔｉ－ｓｅｎｓｏｒ ｉｎ ｔｕｒｎ ｔｒｉｇｇｅｒｓ，Ａ／Ｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｈａｎｄｌｅ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ．Ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉＳ ｂｅｅｎ ｔａｋｅｎ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ．
ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：Ｍｏｂｉｌｅ Ｒｏｂｏｔ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ
ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ Ｉｎｄｏｏｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｋａｌｍａｎ Ｆｉｌｔｅｒ
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目录
第一章绪论…………………………………………………………………………１ １．１ 引言………………………………………………………………………………………………．．１ １．２ 国内外研究现状…………………………………………………………．．３ １．２．１ 移动机器人的定位技术……………………………………………３ １．２．２ 移动机器人的地图构建技术………………………………………４ １．２．３ 移动机器人同时定位及地图构建…………………………………５ １．３ 论文研究内容及组织结构………………………………………………一６ １．３．１ 本论文的：１三婴研究内容……………………………………………６ １．３．２ 本论文的纠ｉ织结构…………………………………………………７
然后在此测足Ｆ系统的基础上，针对室内环境的结构化的特点和超 声波测距的自身特性，本文提出了一种基于相邻超声波传感器的地图 构建方法。此方法依据相邻传感器数据的相互关系，从数据库中抽取 相关情况的模型对周围环境进行建模。
最后，本论文使用卡尔曼滤波法来解决移动机器人的同时定位及 地图构建（ＳＬＡＭ）。针对传统的基于协方差卡尔曼滤波法计算量大的 问题，本文提出了一个基于线性系统模型的方案。在建立系统观测模 型时对观测方程进行了线性化处理，从而减少计算量，提高效率，这 是本文的创新点之一。
Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｍａｐ－ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ
ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ａｄｊａｃｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ｄａｔａ，ｔｈｉｓ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｅｘｔｒａｃｔｓ
ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｄａｔａｂａｓｅ ｔｏ ｍｏｄｅｌ ｔｈｅ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｕｓｅｓ Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ－，ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔ
首先本文分析了移动机器人的定位模型包括移动机器人的坐标 系统模型、位置模巧ＩＪ以及基于罩程计的航位推算法运动模型，并对航 位推算法运动模型进行了误差分析。
其次，本义设计了一套基于超声波传感器的测距系统，包括硬件 ｌ也路设计和软件程序哎计。其ＩｔＩ馁件电路设计部分，以ＴＩ公司生产 的ＤＳＰ：芯片ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７为核心处理器，设计相应的外围电路和 超声波传感器的采集电路，同时在硬件设计巾考虑到了硬件抗干扰设 计，以进一步提高系统的安全可靠性。而软件程序设计部分，在ＣＣＳ 编程环境下，设计了一套传感器触发、～Ｄ采样、均值法过滤噪声以 及数值处理的程序。本论文在传统的轮流触发基础上设计了一套多传 感器分纰轮流触发的私！序，‘叮以人人减少整个系统的测距周期，这足 本文的创新点之一。同时本文还考虑了软件抗干扰设计，使整个系统 更加稳定可靠。
ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｌｏｃａｌ ｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｐｐｉｎｇ（ＳＬＡＭ）ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｎ ｉｎｄｏｏｒ
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．
Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔ’Ｓ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ—ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌ， ｌｏｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｍｏｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｅａｄ ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｓ ｄｅａｄ ｒｅｃｋｏｎｉｎｇ ｅｒｒｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｏｄｏｍｅｔｅｒ．
第四章 移动机器人的地图构建…………………………………………………．３５ ４．１ 地图构建技术概述………………………………………………………３５
４．２ 室内环境下的地图构建…………………………………………………３５ ４．２．１ 地图构建的算法思路……………………………………………．３６ ４．２．２ 整体地图构建……………………………………………………．．３６
４．３ 本章小结…………………………………………………………………４０ 第五章移动机器人的同时定位及地图构建……………………………………．４ｌ
５．１ ＳＬＡＭ概述……………………………………………………………………………………４１ ５．２ 基于卡尔曼滤波法的ＳＬＡＭ……………………………………………４２ ５．３ 移动机器人ＳＬＡＭ仿真结果……………………………………………．４８ ５．４ 本章小结…………………………………………………………………５１ 筑／’ｉ龋 总结１』腿０１………………………………………………………………．５２ 参考文献……………………………………………………………………………．５３ 全５［ 翊』…………………………………………………………………………………………………………．５５ 攻Ｉｊｃ学化期Ｉ’ＨＪ发表的学术论文目录………………………………………………．５６