扬州大学曹松银获国家专利权
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龙图腾网获悉扬州大学申请的专利基于改进的自适应UKF的视觉惯性轮速计SLAM方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN118392167B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-17发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202410543982.2,技术领域涉及:G01C21/16;该发明授权基于改进的自适应UKF的视觉惯性轮速计SLAM方法是由曹松银;潘观根;季辰一;裔扬设计研发完成,并于2024-04-30向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于改进的自适应UKF的视觉惯性轮速计SLAM方法在说明书摘要公布了:本发明公开了视觉导航技术领域一种基于改进的自适应UKF的视觉惯性轮速计SLAM方法,包括以下步骤1对机器人SLAM系统建立状态方程;步骤2建立视觉传感器和轮速计的量测模型;步骤3根据状态空间模型确立无迹变换采样点和权值;步骤4将采样点进行非线性函数传递,并更新系统状态预测和状态预测协方差矩阵;步骤5量测更新,并用改进的Sage‑Husa算法对过程噪声和量测噪声协方差矩阵进行更新;步骤6引入收敛因子,更新状态估计、滤波增益和状态估计协方差矩阵,本发明采用了改进的Sage‑Husa自适应卡尔曼滤波,通过自适应调整UKF算法的参数,优化滤波效果,从而提高机器人SLAM系统的实时性和准确性。
本发明授权基于改进的自适应UKF的视觉惯性轮速计SLAM方法在权利要求书中公布了:1.一种基于改进的自适应UKF的视觉惯性轮速计SLAM方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1对机器人SLAM系统建立状态方程,具体为: 对于一个装配了IMU和视觉传感器的机器人SLAM系统,选取相机的姿态、速度、位置和IMU的加速度和角速度偏差为系统状态;建立机器人起始位置为原点建立世界坐标系,以正东方向为世界坐标系的x轴的正方向,以正北方向为世界坐标系的y轴的正方向,根据右手准则确定世界坐标系的z轴正方向;建立以相机为中心的机体坐标系,以平行于相机横轴指向右方为机体坐标系x轴的正方向,以相机正前方为机体坐标系y轴的正方向,根据右手准则确定机体坐标系的z轴正方向;选取相机的姿态、速度、位置和IMU的加速度和角速度偏差为系统状态,则系统的状态方程如下: 其中, ,为系统噪声,设定为高斯白噪声; 其中,表示时刻的系统状态,表示相机在时刻的旋转矩阵,表示相机在时刻的速度,表示相机在时刻的位置,表示IMU在时刻的加速度误差,表示IMU在时刻的角速度误差,为系统各变量的高斯白噪声,为IMU陀螺仪的高斯白噪声,为IMU加速度计的高斯白噪声,为IMU角速度偏差的高斯白噪声,为IMU加速度偏差的高斯白噪声,表示时刻的角速度和加速度,为重力加速度,为采样时间间隔; 步骤2建立视觉传感器和轮速计的量测模型,具体包括: 步骤2-1建立视觉传感器的量测模型,选取相机所测得像素坐标为测量值,针对相机给出的测量数据的量测方程如下: 其中, ,为相机的量测噪声,设定为高斯白噪声; 其中,为相机的内参矩阵,为的矩阵,且,为的单位矩阵,为的列向量;为从世界坐标系到相机坐标系的变换矩阵,且,其中,和分别表示从世界坐标系到相机坐标系的旋转矩阵和平移向量;为的齐次坐标,且,为相机观测点世界坐标系下的三维坐标; 步骤2-2建立轮速计的量测模型,选取轮速计所测量的车轮移动距离、转动的角度和运动半径作为测量值,针对轮速计给出的测量数据的量测方程如下: 其中, 为轮速计的量测噪声,设定为高斯白噪声; 其中,为时刻轮速计的量测数据,表示机器人时刻所在的位于x轴方向的位置,表示机器人时刻所在的位于y轴方向的位置,表示机器人时刻绕z轴旋转的角度;经过采样时间,为车轮移动距离、为转动的角度、为运动半径,且有如下关系: 其中,为左轮运行距离,为右轮运行距离,为两个车轮之间的距离,为车轮半径,为编码器的参数,为在采样时间内左轮编码器产生的脉冲数,为在采样时间内右轮编码器产生的脉冲数; 步骤3根据状态空间模型确立无迹变换采样点和权值; 步骤4将采样点进行非线性函数传递,并更新系统状态预测和状态预测协方差矩阵; 步骤5量测更新,并用改进的Sage-Husa算法对过程噪声和量测噪声协方差矩阵进行更新; 步骤6引入收敛因子,更新状态估计、滤波增益和状态估计协方差矩阵。
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