基于激光雷达和视觉伺服的施工机器人定位系统设计与研发文献综述

 2022-09-23 16:14:10

  1. 文献综述(或调研报告):

国内外针对基于激光和视觉的机器人定位方法的文献已有很多,但他们大多数都只使用了一类传感器——激光雷达或者相机,即只用了激光定位和视觉定位中的某一种。本文就其中主要方法进行了调研。

  • 使用激光雷达作为主要定位方法

在文章LOAM: Lidar Odometry and Mapping in Real-time[1]中,作者提出了一种单使用激光雷达的方法(LOAM)。LOAM方法把整个功能的构造里程计(Odometry)部分和构建地图(Mapping)部分分开。在里程计部分中,通过设置,使激光雷达算法运行在高频率但低精度的状态,以此来高频的刷新估计激光雷达自身的运动位姿;而在构建地图部分中,通过设置,让其以一个低数量级的频率运行,以便减轻处理器的负担,进行点云的匹配和校准。

图1 LOAM算法演示

在此之前的传统方法都是用低频来同时处理里程计和建图。但由于激光实时传输,构图却是缓慢的,下一时刻接收到激光时车辆已经运动了一定距离,这样不断积累将造成巨大的失真。本文开创性的采用高频的Odometry里程计模块来恢复失真,同时,为了减轻处理器负担,让建图模块保持低频。

经过实验,本文中的loam算法在室内室外都可以很好的工作,但鲁棒性差,抗干扰能力差,并且没有引入回环检测。未来可以加入回环检测作为改进。也可以再加入其他传感器,综合考虑,进一步减小定位误差。

另一个在loam基础上做出改进的算法在文章Low-drift and real-time lidar odometry and mapping [2]被很好的阐释。与loam相比,本文的设备从2轴激光雷达变为了3D的激光雷达。同时,尽管不是必要的,但是可以用一个IMU来提供一个对高频运动的先验估计,这可以很好的提高定位精度。在建图部分,和loam一样,采用低频进行。

  • 使用视觉作为主要定位方法

同样举文献中的例子。在文章Direct Sparse Odometry [3]中,作者使用直接并且稀疏的方法来进行定位。它舍弃了使用其他方法得到的平滑度信息,在整个图像中均匀采样像素点。同时,也不依赖于关键点检测或描述符,还考虑了曝光时间、光度校准和非线性响应等问题。

使用直接法可以无缝重建所有点,而不仅仅是边角点。使用稀疏法也相对更加高效和简便。在开始时忽略了其他直接法的先验,有助于均匀评估像素点邻域上每个点的光度误差,良好的约束整体。

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