煤矿智能化的重大需求对煤矿井下移动机器人智能感知提出了更高的要求,视觉同时定位与建图(Visual Simultaneous Localization and Mapping,VSLAM)是煤矿机器人智能感知的关键技术。然而,煤矿井下存在非结构化环境特征、纹理弱、光照不...煤矿智能化的重大需求对煤矿井下移动机器人智能感知提出了更高的要求,视觉同时定位与建图(Visual Simultaneous Localization and Mapping,VSLAM)是煤矿机器人智能感知的关键技术。然而,煤矿井下存在非结构化环境特征、纹理弱、光照不均匀、空间狭小等问题,现有依赖启发式阈值进行关键帧选取的方法无法满足煤矿下视觉SLAM的定位与建图需求。为此,提出一种煤矿井下多重约束的视觉SLAM关键帧选取方法,实现了煤矿井下移动机器人实时稳健的位姿估计,并为煤矿井下数字孪生提供数据基础。首先,提出的方法根据几何结构约束,采用自适应阈值取代静态启发式阈值进行关键帧选取,以实现视觉SLAM关键帧选取的有效性和鲁棒性。其次,通过重心平衡原则对有效特征点分布进行均匀化处理,以进一步确保视觉SLAM关键帧选取的稳定性以及创建地图点的稠密性和准确性。最后,利用航向角阈值对转向处做进一步约束,降低视角突变对视觉SLAM精度的影响。为验证本文方法的有效性,利用自主搭建的移动机器人数据采集平台在室内场景及煤矿井下分别进行了实验,并从绝对轨迹误差(Absolute Trajectory Error,ATE)和均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)等方面进行了定量和定性评价。结果表明:相比于启发式视觉SLAM关键帧选取方法,提出的方法在室内场景中轨迹RMSE提高了29%,在煤矿井下环境中轨迹RMSE提高了44%,具有较高的鲁棒性、定位精度和全局一致的建图效果。展开更多
煤矿智能化是煤炭行业高质量发展的技术支撑,关键岗位的机器人替代是实现煤炭少人化、无人化的高效开采的发展趋势。即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)是煤矿机器人自主移动与导航的关键技术之一。煤矿...煤矿智能化是煤炭行业高质量发展的技术支撑,关键岗位的机器人替代是实现煤炭少人化、无人化的高效开采的发展趋势。即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)是煤矿机器人自主移动与导航的关键技术之一。煤矿井下为典型非结构化环境,空间狭长局促,结构复杂多变,照明情况不均匀,对煤矿井下SLAM提出了严峻挑战。总结了煤矿井下地图构建研究现状,针对LeGO-LOAM算法的回环检测仍存在的不足,利用SegMatch算法改进LeGO-LOAM的回环检测模块,且使用ICP算法进行全局图优化,提出了一种融合LeGO-LOAM和SegMatch的改进算法,阐述了该算法的原理和实现步骤;开展了煤矿井下模拟场景试验,对比分析改进前后SLAM算法的建图效果以及精度,试验结果表明改进算法构建的地图回环效果更好,估计轨迹更平滑、精确;结合导航需求研究了二维占据栅格地图的构建方法,试验验证了该方法所构建的栅格地图精度,结果表明有效滤除动态障碍物等离群噪点后的栅格地图具有0.01 m的建图精度,且所需存储空间较点云地图降低了3个数量级。研究成果有助于煤矿井下非结构环境下SLAM和煤矿机器人实时定位和自主移动。展开更多
文摘煤矿智能化的重大需求对煤矿井下移动机器人智能感知提出了更高的要求,视觉同时定位与建图(Visual Simultaneous Localization and Mapping,VSLAM)是煤矿机器人智能感知的关键技术。然而,煤矿井下存在非结构化环境特征、纹理弱、光照不均匀、空间狭小等问题,现有依赖启发式阈值进行关键帧选取的方法无法满足煤矿下视觉SLAM的定位与建图需求。为此,提出一种煤矿井下多重约束的视觉SLAM关键帧选取方法,实现了煤矿井下移动机器人实时稳健的位姿估计,并为煤矿井下数字孪生提供数据基础。首先,提出的方法根据几何结构约束,采用自适应阈值取代静态启发式阈值进行关键帧选取,以实现视觉SLAM关键帧选取的有效性和鲁棒性。其次,通过重心平衡原则对有效特征点分布进行均匀化处理,以进一步确保视觉SLAM关键帧选取的稳定性以及创建地图点的稠密性和准确性。最后,利用航向角阈值对转向处做进一步约束,降低视角突变对视觉SLAM精度的影响。为验证本文方法的有效性,利用自主搭建的移动机器人数据采集平台在室内场景及煤矿井下分别进行了实验,并从绝对轨迹误差(Absolute Trajectory Error,ATE)和均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)等方面进行了定量和定性评价。结果表明:相比于启发式视觉SLAM关键帧选取方法,提出的方法在室内场景中轨迹RMSE提高了29%,在煤矿井下环境中轨迹RMSE提高了44%,具有较高的鲁棒性、定位精度和全局一致的建图效果。
文摘煤矿智能化是煤炭行业高质量发展的技术支撑,关键岗位的机器人替代是实现煤炭少人化、无人化的高效开采的发展趋势。即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)是煤矿机器人自主移动与导航的关键技术之一。煤矿井下为典型非结构化环境,空间狭长局促,结构复杂多变,照明情况不均匀,对煤矿井下SLAM提出了严峻挑战。总结了煤矿井下地图构建研究现状,针对LeGO-LOAM算法的回环检测仍存在的不足,利用SegMatch算法改进LeGO-LOAM的回环检测模块,且使用ICP算法进行全局图优化,提出了一种融合LeGO-LOAM和SegMatch的改进算法,阐述了该算法的原理和实现步骤;开展了煤矿井下模拟场景试验,对比分析改进前后SLAM算法的建图效果以及精度,试验结果表明改进算法构建的地图回环效果更好,估计轨迹更平滑、精确;结合导航需求研究了二维占据栅格地图的构建方法,试验验证了该方法所构建的栅格地图精度,结果表明有效滤除动态障碍物等离群噪点后的栅格地图具有0.01 m的建图精度,且所需存储空间较点云地图降低了3个数量级。研究成果有助于煤矿井下非结构环境下SLAM和煤矿机器人实时定位和自主移动。
