机器人定位与导航
课程编码：180206081101P3001H
英文名称：Robot Localization and Navigation
课时：40
学分：2.00
课程属性：专业课
主讲教师：吴毅红等
教学目的要求
本课程是关于机器人的定位与导航。定位与导航是移动机器人的必要智能，是新一代智能机器人的重要技术和日益发展的重要方向。本课程系统讲授机器人视觉定位与导航的知识体系，同时结合机器人定位与导航在工业界发展动态，讲授最前沿、最先进的机器人定位与导航理论与方法，理论结合实际应用，让学生对移动机器人的智能环境建模、自主定位、全局路径规划、局部动态避障有深入与专门的了解和掌握，对目前的相关技术发展有清晰的把握，对机器人定位与导航产生较高的兴趣，同时获得最先进、最前沿的机器人定位与导航技术。
预修课程
图像处理、计算机视觉
大纲内容
第一章 绪论 3学时 吴毅红
第1节 机器人视觉的基本概念
第2节 移动机器人定位与导航的基本概念 (导航的主要任务模块)
第3节 相机模型及IMU传感器基本知识
第4节 移动机器人定位与导航的现状 (各种导航传感器的优缺点分析)
第5节 本课程内容体系
第二章 机器人视觉定位与导航的理论基础 6学时 吴毅红
第1节 射影几何
第2节 解析几何
第3节 计算机视觉
第三章 传感器标定 3学时 吴毅红
第1节 相机标定定义
第2节 相机标定
第3节 多传感器融合的标定
第四章 机器人视觉建模 3学时 唐付林
第1节 视觉建模的深度传感器
第2节 视觉建模的理论
第3节 视觉建模的方法分类
第4节 视觉建模典型方法
第五章 机器人视觉同步定位与地图构建 3学时 唐付林
第1节 SLAM起源与基本知识
第2节 视觉SLAM方法分类
第3节 视觉SLAM前沿发展动态与趋势分析
第六章 基于地图的机器人视觉定位 3学时 唐付林
第1节 PnP基本知识
第2节 小数据的PnP方法
第3节 基于大规模地图的定位方法
第七章 多传感器融合的里程计 3学时 唐付林
第1节 多传感器融合里程计分类
第2节 多传感器融合里程计研究现状
第3节 多传感器融合里程计典型方法
第八章 基于搜索的全局路径规划 3学时 吴毅红
第1节 图搜索基础
第2节 Dijkstra 和A*算法
第3节 Jump Point Search 算法
第九章 基于采样的全局路径规划 3学时 吴毅红
第1节 概率路线图算法(PRM)
第2节 快速扩展随机树算法(RRT和RRT*)
第3节 基于采样的最优路径规划
第十章 基于学习的局部路径规划 3学时 吴毅红
第1节 传统方法
第2节 强化学习
第3节 基于强化学习的局部动态避障
第十一章 ROS导航与运动控制 3学时 唐付林
第1节 ROS导航系统
第2节 运动控制算法
第3节 运动控制实例
第十二章 总结与考试 3学时 吴毅红
第1节 总结
第2节 考试
第3节 考试
第十三章 试题讲解与讨论 1学时 唐付林
第1节 试题讲解与讨论
参考书
课程教师信息
吴毅红，中国科学院大学人工智能学院岗位教师，中国科学院自动化研究所研究员、博士生导师，研究方向为括号代数、三维计算机视觉、机器人定位导航、增强现实等。在国际权威期刊和重要会议等上发表论文80余篇，包括计算机视觉顶级期刊和顶级会议PAMI、IJCV、ICCV、ECCV上第一作者论文。申请或获权国内外发明专利18余项，4项专利许可企业使用。进行国内外大会邀请报告18场。曾担任ICCV、CVPR、ACCV、ICPR、IJCAI等的PC委员或Session/Area Chair。目前为《Pattern Recognition》编委、《自动化学报》编委、《计算机辅助设计与图形学学报》编委、《计算机科学与探索》编委，《Visual Computing for Industry, Biomedicine, and Art》编委。中国图形图像学会三维视觉专委会副主任，中国图形图像学会机器视觉专委会常委。首批阿里菜鸟驼峰计划特约专家。获三星电子校企合作卓越贡献奖。获1项高等学校科学研究自然科学奖二等奖。为诺基亚芬兰、三星、华为、百度等企业提供视觉SLAM技术服务累计10余年。
唐付林，中国科学院自动化研究所副研究员，研究方向为SLAM、三维重建和机器人视觉定位导航。2015年本科毕业于北京化工大学，保送至中国科学院自动化研究所硕博连读。2020年7月博士毕业后，留在中国科学院自动化研究所工作，并担任助理研究员，2023年7月晋升为副研究员。2019年被评选为中国科学院自动化研究所优秀党员，现担任多模态第四党支部组织委员。近五年，在IJRR、RAL、ICRA、IROS、TIP、TMM、TCSVT、CVIU等机器人、视觉领域顶级期刊会议发表SCI/EI论文近30篇，其中第一作者/通讯作者论文10余篇，申请发明专利近10项。主持国家自然科学基金青年基金一项，主持科技部工业软件重点专项子任务一项，主持国家科技创新2030重大项目子任务一项，主持与地平线合作的横向课题一项。作为主要负责人超指标完成了近10项与华为、百度、地平线、中石化等合作的横向课题，为企业创造显著的经济价值。担任了PR、RAL、ICRA、IROS、ISMAR、VR、CVPR等期刊会议的审稿人，现为中国图象图形学学会三维视觉专委会委员。