基于视觉的室内移动机器人定位与导航关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    U1813206
  • 项目类别:
    联合基金项目
  • 资助金额:
    296.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0309.机器人学与智能系统
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The popularization and application of service robots are subject to the high cost of laser sensors. In order to solve this problem, further improve the intelligence of robots and apply them in practice under complex indoor environment, there is an urgent need for the vision-based scheme of mobile robots with long-term continuous autonomous ability. This project focuses on the challenges of long-term autonomous navigation for mobile robots in complex indoor conditions such as dynamic and crowed environments. With visual sensors as core perception device, this project aims to study the fundamental principle and methodology of vision-based simultaneous localization and mapping (vSLAM), trajectory planning, and motion/behavior control. This project, which takes advantages of latest techniques on machine learning, localizability estimation, visual seroving, and so forth, contributes to fully excavating big data resources formed by long-term navigation, as well as establishing a long-term mechanism of continuous rolling optimization among perception, planning and control. The project dedicates to improving autonomy of mobile robots and both accuracy and robustness in localization and navigation. The project will eventually develop a mobile robot prototype and conduct experimental validation of its long-term localization and navigation capacity in the physical indoor environments. The validation results will be carefully assessed, based on which the prototype will be further optimized. In summary, vision-based localization and navigation techniques for mobile robots in the indoor environments enjoy a prosperous application prospect especially in the field of household, elderly assistance and logistics. With the help of these techniques, mobile robots would perform better in adaptability and autonomy when executing long-term work in the complex indoor environments.
目前服务机器人的推广应用受制于激光传感器高昂的成本,为了解决这一问题并进一步提高机器人智能化水平,使其在室内复杂环境中得到实际应用,迫切需要具备长期连续自主作业能力的移动机器人视觉解决方案。本项目针对移动机器人在室内动态、拥挤等复杂环境下长期自主导航所面临的技术挑战,以视觉传感器为核心感知手段,研究基于视觉的同步定位与建图、运动规划、行为与运动控制的基础理论与方法,利用机器学习、定位能力估计、视觉伺服等先进技术,充分挖掘长期导航所形成的丰富大数据资源,建立感知、规划和控制之间连续滚动优化的长期机制,着力于提高移动机器人的长期自主性以及定位与导航的精确性和鲁棒性。最终开发移动机器人实验样机,在真实室内环境中开展长期定位与导航测试,并进行评价和优化。上述关键技术在家居、助老、物流等领域具有广泛的应用前景,将显著提高移动机器人在室内复杂环境下的长期适用性和自主性。

结项摘要

随着移动式服务机器人应用领域的不断拓展,室内环境中的行人、家具、光照等复杂动态对机器人的感知和控制提出了挑战,迫切需要具备长期连续自主作业能力的移动机器人视觉解决方案。本项目围绕移动机器人在室内动态、拥挤等复杂环境下长期自主导航需求,以视觉传感器为核心感知手段,研究基于视觉的同步定位与建图、运动规划、行为与运动控制的基础理论与方法。.本项目基于机器学习、位姿估计、机器视觉的最新进展,充分挖掘长期导航形成的大数据资源,建立了一套面向移动机器人感知、规划与控制系统的长期持续滚动优化机制。在视觉建图与定位技术方面,提出了基于特征点贝叶斯存续性滤波的全局地图预测的长期视觉SLAM、动态场景下鲁棒增量式长期视觉拓扑定位、高效增量式的层次森林视觉惯性SLAM闭环检测算法,提升了复杂高动态环境和长期动态环境下的定位精确性和鲁棒性;在运动规划与自主导航技术方面,提出了基于时空地图预测的长期导航方法、拥挤行人中基于安全强化学习的无地图导航方法,以及异构多机器人系统的协作任务与路径规划算法,提升了复杂动态环境下的导航效率和安全性。基于智能轮椅和服务机器人在真实场景的实验结果表明了所提方法的有效性,展现了在居家服务、助老助残和物流机器人领域的广阔应用前景。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(2)
科研奖励数量(5)
会议论文数量(23)
专利数量(15)
Long-term visual SLAM with Bayesian persistence filter based global map prediction
基于贝叶斯持久滤波器的长期视觉 SLAM 全局地图预测
  • DOI:
    10.1109/mra.2022.3228492
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    IEEE Robotics & Automation Magazine
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Tianchen Deng;Hongle Xie;Jingchuan Wang;Weidong Chen
  • 通讯作者:
    Weidong Chen
Hierarchical forest based fast online loop closure for low-latency consistent visual-inertial SLAM
基于分层森林的快速在线闭环,实现低延迟一致视觉惯性 SLAM
  • DOI:
    10.1016/j.robot.2022.104035
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Robotics and Autonomous Systems
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Hongle Xie;Weidong Chen;Jingchuan Wang
  • 通讯作者:
    Jingchuan Wang
Iterative Learning Control for a Soft Exoskeleton with Hip and Knee Joint Assistance
具有髋关节和膝关节辅助的软外骨骼的迭代学习控制
  • DOI:
    10.3390/s20154333
  • 发表时间:
    2020-08-01
  • 期刊:
    SENSORS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Chen, Chunjie;Zhang, Yu;Wu, Xinyu
  • 通讯作者:
    Wu, Xinyu
月球车多传感器SLAM仿真系统
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    载人航天
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    范亚娴;陈卫东;董凌峰;王景川;王鹏基
  • 通讯作者:
    王鹏基
A Two-Objective ILP Model of OP-MATSP for the Multi-Robot Task Assignment in an Intelligent Warehouse
智能仓库多机器人任务分配的OP-MATSP双目标ILP模型
  • DOI:
    10.3390/app12104843
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    MDPI AG
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jianqi Gao;Yanjie Li;Yunhong Xu;Shaohua Lv
  • 通讯作者:
    Shaohua Lv

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其他文献

软体机器人手眼视觉/形状混合控制
  • DOI:
    10.13973/j.cnki.robot.180378
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王昱欣;王贺升;陈卫东
  • 通讯作者:
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基于软体机器人冗余自由度的实时避障位置控制
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    倪杭;王贺升;陈卫东
  • 通讯作者:
    陈卫东
有限体积法的弹性结构动力学随机分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    哈尔滨工程大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈卫东;陈浩;于艳春
  • 通讯作者:
    于艳春
北京地区城市环境对云和降水影响的个例数值模拟研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    地球物理学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈卫东;付丹红;苗世光;张亦洲
  • 通讯作者:
    张亦洲
大鼠血浆中的新藤黄酸HPLC测定及其药代动力学研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    Chinese Pharmacological Bulletin
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪电雷;张瑞;陶秀华;张弦;陈卫东;王效山;李庆林;彭代银
  • 通讯作者:
    彭代银

其他文献

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陈卫东的其他基金

动态环境下的移动机器人长期定位方法
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  • 批准年份:
    2015
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  • 项目类别:
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  • 资助金额:
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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