[发明专利]高空平台多视角激光视觉惯性融合定位建图装置及方法

说明书

本发明提供一种高空平台多视角激光视觉惯性融合定位建图装置及方法，所述装置包括固定的云台支架、单目相机、立体相机、IMU惯性传感器、多个激光雷达、时间同步系统和计算主控单元；所述装置与斗臂车升降平台的末端刚性固定，随工作斗进行移动，操纵液压臂控制旋转和升降，所述装置在升降开始时刻通过所述时间同步系统同步开机；所述激光雷达扫描环境，所述IMU惯性传感器进行预积分获取旋转和位移增量，将点云数据和IMU惯性传感器数据反馈到所述计算主控单元，分别进行相邻帧匹配得到激光里程计，接着进行全局因子图优化，最后进行回环检测将运算结果融合构建地图，通过后端非线性优化得到整体运动信息，确定工作斗实时位姿态。

技术领域

本发明涉及高空作业机械的智能定位技术领域，具体涉及一种高空平台多视角激光视觉惯性融合定位建图装置及方法。

背景技术

SLAM(simultaneous localization and mapping)全称即时定位与地图构建或并发建图与定位，它主要的作用是让机器人等自助系统在未知的环境中，完成定位(Localization)，建图(Mapping)和路径规划(Navigation)。目前，SLAM技术被广泛运用于机器人、无人驾驶、AR、VR等领域，依靠多种传感器可实现机器的自主定位、建图、路径规划等功能。主流的slam技术应用有激光slam(基于激光雷达来建图导航)、视觉slam(vslam,基于单/多目摄像头视觉建图导航)及激光、视觉与惯性融合SLAM。激光雷达、相机和惯性传感单元是SLAM硬件平台的常见传感器。

虽然SLAM技术已经应用于许多领域，但是在此之前还未见有应用于高空作业领域，高空作业目前存在许多痛点，高空作业设备在工作时感知能力不足，依赖于人为经验，因此带来了很高的危险性以及低效率，如果能将SLAM技术应用于高空作业领域将十分有价值，可以用智能信息技术大幅提升其安全性和作业效率。

高空作业平台相比于地面机器人或自动驾驶汽车多出了Z方向垂直地面的移动，因此不仅要关注前后左右的环境进行定位于建图，工作平台上下的环境感知同样非常重要，如果感知不到位平台将无法及时确定躲避各个方向的障碍，因此本发明针对高空作业场景的特殊性设计了多视角的多传感器融合定位建图设备，选用多种激光雷达、相机、惯性传感单元，实现了高空作业平台全方位无死角地感知作业环境，精准定位自身，构建工作环境三维地图，极大提升了高空作业平台的智能化水平。

发明内容

为解决现有激光slam方法或视觉slam单一方法应用于高空作业平台视场角局限，不能充分感知重构环境的问题，本发明提供一种高空平台多视角激光视觉惯性融合定位建图装置及方法，以提升高空作业系统在缺少纹理或者特征场景中的鲁棒性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高空平台多视角激光视觉惯性融合定位建图装置，包括固定的云台支架、单目相机、立体相机、IMU惯性传感器、多个激光雷达、时间同步系统和计算主控单元；所述激光雷达包括水平360度激光雷达、垂直360度激光雷达、侧视固态激光雷达；所述单目相机包括第一环视鱼眼相机、第二环视鱼眼相机，所述立体相机包括前视、后视立体相机和上视、下视立体相机；所述水平360度激光雷达、第一环视鱼眼相机与IMU惯性传感器固定在定位建图装置基座平台中心处的云台上；所述前视立体相机与后视立体相机固定在定位建图装置基座平台上，安装于系统边缘部分；所述第二环视鱼眼相机、侧视固态激光雷达同样固定在定位建图装置基座平台上，安装于系统边缘部分，其中第二环视鱼眼相机与侧视固态激光雷达邻近；所述垂直360度激光雷达垂直于基座平台安放；所述装置与斗臂车升降平台的末端刚性固定，随工作斗进行移动，当斗臂车开始工作，操纵液压臂控制旋转和升降，所述装置在升降开始时刻通过所述时间同步系统同步开机；所述激光雷达扫描环境，所述IMU惯性传感器进行预积分获取旋转和位移增量，将点云数据和IMU惯性传感器数据反馈到所述计算主控单元，分别进行相邻帧匹配得到激光里程计，接着进行全局因子图优化，最后进行回环检测将运算结果融合构建地图，通过后端非线性优化得到整体运动信息，确定工作斗实时位姿态。