面向火星自主漫游任务的视觉-惯性感知系统

作     者：贾慎涵 许学成 陈泽希 焦艳梅 黄煌 王越 熊蓉 JIA Shenhan;XU Xuecheng;CHEN Zexi;JIAO Yanmei;HUANG Huang;WANG Yue;XIONG Rong

作者机构：浙江大学杭州310027 北京控制工程研究所北京100094 

基　　金：国家重点研发计划资助项目(2018AAA0102700) 

出 版 物：《空间控制技术与应用》 (Aerospace Control and Application)

年 卷 期：2021年第47卷第6期

页      码：41-51页

摘      要：精确的位姿估计以及对周围环境中的障碍物的实时感知,是探测器在火星表面进行自主漫游的基础.然而,火星探测器受到自身质量、体积和能源供应等因素的影响,计算资源和设备功率受到严格限制,这给感知系统的设计与实现提出了挑战.本文针对火星探测器计算资源严重受限的问题,设计了一种基于视觉-惯性多传感器滤波融合的智能感知系统,其主要包括两个模块:1)基于多状态约束卡尔曼滤波MSCKF(multi state constrained Kalman filter)算法的视觉-惯性里程估计模块,实现了相对误差小于1.5%的较高定位精度;2)使用GPU加速的高程地图构建算法,实现了稠密地形图的实时构建.其中,高程地图与机器人位姿采用概率最优的方式进行融合,保证了感知系统整体的概率一致性.相比于现有感知系统,本文所提出的方法可以仅使用双目视觉和IMU实现机器人的位姿估计和周围环境高程地图的构建,并通过合理的算法设计、GPU硬件加速等方法,最终整套系统在30W板载系统上实现了位姿估计输出频率400Hz、地图输出频率4.2Hz的实时运行效果,充分验证了本系统的轻量化特性,能够有效应用于火星车的自主探测任务.

主 题 词：自主漫游 多传感器融合 位姿估计 建图 

学科分类：08[工学] 0825[工学-环境科学与工程类] 

核心收录：

D　O　I：10.3969/j.issn.1674-1579.2021.06.006

馆 藏 号：203107199...