基于外部视觉与机载IMU组合的爬壁机器人自主定位方法

作     者：张文 丁雨林 陈咏华 孙振国 ZHANG Wen;DING Yulin;CHEN Yonghua;SUN Zhenguo

作者机构：清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室北京100084 

基　　金：苏州—清华创新引领行动计划专项(2016SZ0218) 

出 版 物：《清华大学学报（自然科学版）》 (Journal of Tsinghua University(Science and Technology))

年 卷 期：2022年第62卷第9期

页      码：1524-1531页

摘      要：针对相对封闭、磁干扰等特殊环境下传感器应用受限,导致爬壁机器人自主定位误差随时间累积的问题,该文提出并实现了一种基于外部RGB-D相机和惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)组合的爬壁机器人自主定位方法。该方法采用深度学习和核相关滤波(kernelized correlation filter, KCF)组合的目标跟踪方法进行初步位置定位;在此基础上,利用法向量方向投影的方法筛选出机器人外壳顶部的中心点,实现机器人定位中的位置定位。推导了机器人底盘法向量、横滚角与航向角的定量关系,设计了串联的扩展Kalman滤波器(extended Kalman filter, EKF)计算横滚角、俯仰角和航向角,实现机器人定位中的姿态估计。实验结果表明:该方法使爬壁机器人位置定位误差小于0.02 m,姿态估计的航向角和横滚角误差小于2.5°,俯仰角误差小于1.5°,有效地提高了爬壁机器人定位精度。

主 题 词：RGB-D相机 三维点云 扩展Kalman滤波器 爬壁机器人 惯性测量单元 

学科分类：08[工学] 081105[081105] 0811[工学-水利类] 

核心收录：

D　O　I：10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.26.009

馆 藏 号：203114081...