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专利号: 2020112752334
申请人: 山东交通学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于扩展卡尔曼滤波的水下机器人多传感器融合定位系统,其特征在于,所述系统包括:EKF数据融合单元、外参标定单元、激光定位单元、视觉定位单元、里程计、路径规划单元、以及定位信息反馈单元;

其中,激光定位单元由激光传感器输入激光传感信号输出激光定位结果;视觉定位单元根据相机和IMU数据进行融合定位输出的视觉定位结果;

在融合定位过程中,先将里程计结果与视觉定位结果融合,以里程计为坐标系时,视觉定位结果的转换关系可以表述为TL=TC·TCL·TEX,其中TL为转化后的视觉定位结果,TC为相机坐标系下的定位结果,TCL为相机与机器人主体之间的外参,TEX为初始阶段时不同传感器坐标系下定位结果未清零的初始值;

将转化后的视觉定位结果和激光定位结果输入到EKF数据融合单元,将融合结果输入至路径规划单元和定位信息反馈单元;

其中,在融合定位过程中,当视觉定位结果或激光定位结果输入到卡尔曼滤波器时,首先由激光定位结果对滤波器进行初始化,其次依据构建的运动模型,以x方向为例:Xnew=2

Xold+Vx*t+0.5*a*t ,Vx_new=Vx_old+a*t,对移动机器人当前位姿及其对应的协方差矩阵进行预估。

2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,以里程计的预测值作为约束,利用预测方程和测量方程,以重投影误差最小为优化目标,在流行上进行联合优化,其中联合优化公式如下所示:其中,上述公式中i代表第i个里程计数据,k代表第k个关键帧,j代表里程计数据的积分项,e代表误差项,W是协方差矩阵;等号后第一项是里程计数据的误差项,第二项是环境图像上特征点重投影的误差项。

3.一种水下机器人设备,其特征在于,包括:设备本体,所述设备本体上设有EKF数据融合单元、外参标定单元、激光定位单元、视觉定位单元、里程计、路径规划单元、以及定位信息反馈单元;

其中,激光定位单元由激光传感器输入激光传感信号输出激光定位结果;视觉定位单元根据相机和IMU数据进行融合定位输出的视觉定位结果;

在融合定位过程中,先将里程计结果与视觉定位结果融合,以里程计为坐标系时,视觉定位结果的转换关系可以表述为TL=TC·TCL·TEX,其中TL为转化后的视觉定位结果,TC为相机坐标系下的定位结果,TCL为相机与机器人主体之间的外参,TEX为初始阶段时不同传感器坐标系下定位结果未清零的初始值;

将转化后的视觉定位结果和激光定位结果输入到EKF数据融合单元,将融合结果输入至路径规划单元和定位信息反馈单元;

其中,在融合定位过程中,当视觉定位结果或激光定位结果输入到卡尔曼滤波器时,首先由激光定位结果对滤波器进行初始化,其次依据构建的运动模型,以x方向为例:Xnew=2

Xold+Vx*t+0.5*a*t ,Vx_new=Vx_old+a*t,对移动机器人当前位姿及其对应的协方差矩阵进行预估。

4.根据权利要求3所述的设备,其特征在于,以里程计的预测值作为约束,利用预测方程和测量方程,以重投影误差最小为优化目标,在流行上进行联合优化,其中联合优化公式如下所示:其中,上述公式中i代表第i个里程计数据,k代表第k个关键帧,j代表里程计数据的积分项,e代表误差项,W是协方差矩阵;等号后第一项是里程计数据的误差项,第二项是环境图像上特征点重投影的误差项。