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SLAM---初识SLAM

辰鑫chenxin 2022-03-11 阅读 134

文章目录

1. SLAM定义

SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)同时定位与地图创建。将机器人从一个未知环境里的未知地点出发,在移动过程中通过传感器(比如激光雷达,或是摄像头)观测定位自身位置、姿态、运动轨迹,再根据自身位置进行增量式的地图构建,从而达到同时定位和地图构建的目的。SLAM技术正是为了实现这个目标涉及到的诸多技术的总和。

定位和建图是两个相辅相成的过程,地图可以提供更好的定位,而定位可以进一步扩建地图。为了更好理解SLAM,下面借助扫地机器人来解释SLAM:
我们知道现在有不少家用的扫地机器人(如下图所示),可以代替人对室内进行自动清扫。但早期的扫地机器人并不智能,它只是具有简单的避障功能,在室内随机游走,遇到障碍物就转弯,这样会导致有很多地方会漏掉,扫地效率非常低。

要想真正实现智能的清扫,扫地机器人至少需要知道以下几件事情:
(1) 、我在哪里?也就是扫地机器人在工作过程中要知道自己在房间的具体位置。对应的术语叫:定位(Localization)。
(2)、我周围的环境是什么样子?也就是扫地机器人需要知道整个房间的地面结构信息。对应的术语叫:建图(Mapping)。
(3)、我怎样到达指定地点(充电器)?当扫地机器人电量不足时,如何以最短的路径到达充电器所在位置进行自动充电。对应的术语叫:路径规划(Route Planning)。

有了以上的几个能力,扫地机器人就立马变的智能了,不再像无头苍蝇一样在室内乱跑,而是可以从任意位置出发,一边清扫一边对周围的环境(房屋结构、障碍物)建立地图,同时根据地图定位自己当前在地图中的位置,并实时调整规划路线。随着使用时间的增长,扫地机器人建立的地图会越来越准确,规划的清扫路线越来越高效,变的越来越智能。这也不难理解断点续扫(一次扫不完,回到充电地点重合点,回到原位置继续清扫)的功能是如何实现的了。

下面是对SLAM技术的另一种直观描述

在这里插入图片描述

1.1 定位

在已经建好的地图上,在地图中行走,行走过程根据传感器获取的数据,匹配自己周围的环境和在地图中的位置。

1.2 地图构建

机器人在行走的过程中,根据传感器获取的数据,画地图。

2. SLAM使用的传感器

SLAM使用的传感器分为激光和视觉两大类,视觉又分为三小方向。

2.1 激光雷达

激光雷达是目前研究和使用最多的SLAM传感器,它们提供了机器人本体与周围环境障碍物的距离信息。常见的激光雷达厂家有sick、倍加福、镭神等。激光雷达能以很高精度测出机器人周围障碍点的角度和距离,从而很方便地实现SLAM、避障等功能。

激光雷达分为单线程和多线程,其中单线程激光雷达智能实时导航,二维成像缺乏高度信息,无法成像,如下图:
在这里插入图片描述
多线程激光雷达,可以三维动态实时成像,能实时成像,并且还能还原物体形状大小,还原空间的三维信息。所以自动驾驶都用多线程激光雷达。
在这里插入图片描述
使用激光雷达建图,多数使用滤波器方法,例如卡尔曼滤波器与粒子滤波器

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