云機(jī)器人同步定位與地圖構(gòu)建技術(shù)研究.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)與機(jī)器人的任務(wù)需求也日益復(fù)雜化、密集化。與此同時(shí)，由于體積、能耗、成本等的限制，機(jī)器人本身的計(jì)算資源（例如嵌入式板載計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力）往往是有限的，無(wú)法滿足處理復(fù)雜任務(wù)的需要。云計(jì)算技術(shù)的興起為解決這一矛盾帶來(lái)了機(jī)遇。通過(guò)在后臺(tái)以“資源即服務(wù)”形式支撐機(jī)器人任務(wù)的高效遂行，云機(jī)器人架構(gòu)為機(jī)器人技術(shù)發(fā)展注入了新的潛力，云計(jì)算與機(jī)器人的結(jié)合逐漸成為了學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。
　　同步定位與地圖構(gòu)建（Simulta

2、neous Localization and Mapping，SLAM）問(wèn)題是機(jī)器人領(lǐng)域的經(jīng)典問(wèn)題，關(guān)注機(jī)器人如何實(shí)時(shí)感知環(huán)境地圖并同步確定自身位置，被認(rèn)為是機(jī)器人實(shí)現(xiàn)真正自主化的第一步。傳統(tǒng)解決方案完全在機(jī)器人本地執(zhí)行，由于機(jī)器人自身資源的局限性，其執(zhí)行速度和精度很難滿足實(shí)際機(jī)器人應(yīng)用的需求。本文圍繞云機(jī)器人架構(gòu)下的SLAM問(wèn)題解決方案展開研究，通過(guò)云端來(lái)彌補(bǔ)機(jī)器人本地資源的不足。本文的主要工作體現(xiàn)以下四個(gè)方面：
　　1）提出基

3、于云機(jī)器人的SLAM服務(wù)架構(gòu)。該架構(gòu)將SLAM過(guò)程中計(jì)算密集型的數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)計(jì)算階段放到云端，以云服務(wù)的方式提供給一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人使用。機(jī)器人在運(yùn)行時(shí)主動(dòng)申請(qǐng)SLAM服務(wù)，向該服務(wù)持續(xù)提供環(huán)境感知數(shù)據(jù)，即能獲得所構(gòu)建的地圖和自身定位，而不用關(guān)心SLAM過(guò)程是如何實(shí)現(xiàn)的、計(jì)算資源是否足夠等問(wèn)題。
　　2）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了云機(jī)器人SLAM服務(wù)原型系統(tǒng)。在所提出的云機(jī)器人下的SLAM服務(wù)架構(gòu)指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了云機(jī)器人SLAM服務(wù)原型系統(tǒng)。該

4、系統(tǒng)可分為兩個(gè)層次，一個(gè)是本地+遠(yuǎn)端協(xié)同完成SLAM任務(wù)，是機(jī)器人向云端請(qǐng)求SLAM服務(wù)的簡(jiǎn)單模型；二是在該模型上實(shí)現(xiàn)本地主動(dòng)申請(qǐng)服務(wù)以及遠(yuǎn)程端擴(kuò)展形成云端，而完成整個(gè)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。
　　3）設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了云端和機(jī)器人端之間的數(shù)據(jù)通信優(yōu)化機(jī)制。在云機(jī)器人架構(gòu)下，機(jī)器人端需持續(xù)向云端提供RGB-D視頻數(shù)據(jù)，可能會(huì)超過(guò)機(jī)器人無(wú)線網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制。本文在云機(jī)器人SLAM服務(wù)原型系統(tǒng)中設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)壓縮的數(shù)據(jù)通信優(yōu)化機(jī)制。
　　4）在目