单目相机-IMU外参自动标定与在线估计的视觉-惯导SLAM

针对视觉-惯导信息融合同时定位与地图构建(VI-SLAM)中,单目相机-惯性测量单元(IMU)外参离线标定繁琐的问题,以及单目相机-IMU外参因传感器受到冲击或调整发生变化影响系统跟踪精度的问题,提出一种单目相机-IMU外参自动标定与在线估计的VI-SLAM算法。该算法首先利用手眼标定方法计算单目相机-IMU外参旋转矩阵并估计陀螺仪零偏;接着,在不考虑加速度计零偏的情况下估计系统的尺度、重力加速度以及单目相机-IMU外参平移向量;然后,利用已知的重力加速度大小估计加速度计零偏并更新以上已估计的初始化参数;最后,将单目相机-IMU外参放入状态向量中进行在线估计。EuRo C数据集实验表明,该VI-SLAM算法可以自动标定并在线估计单目相机-IMU外参,得到的旋转与平移外参误差分别在0. 5°和0. 02 m之内,这有利于VI-SLAM系统的快速使用以及精度的提升。

融合双目视觉与惯导信息的高效视觉里程计算法

为提高视觉里程计(VO)在大尺度环境下运行的实时性,提出一种融合双目视觉与惯导信息的视觉里程计算法,主要由前端位姿跟踪和后端局部地图优化两个线程组成。位姿跟踪线程首先使用惯导信息辅助光流法进行帧间特征点跟踪并估计相机初始位姿;接着通过最小化图像光度误差获取当前帧像素点与局部地图点的对应关系;而后最小化当前帧上局部地图点的重投影误差和惯性测量单元(IMU)预积分误差,得到当前帧准确的位姿估计。后端局部地图优化线程对滑动窗口内的关键帧提取特征点并三角化新地图点,使用光束平差法(BA)对逆深度参数化表示的地图点位置、关键帧位姿、速度以及陀螺仪和加速度计零偏进行滑窗优化,为前端提供更加精确的局部地图相机位姿和环境信息。在EuRoC数据集上的实验表明,相比于ORB-SLAM2、ORB-SLAM3算法,该融合双目视觉与惯导信息的视觉里程计算法的定位精度略有下降,但可以较大程度地提高位姿跟踪的实时性。

基于直接法的视觉同时定位与地图构建技术综述

视觉同时定位与地图构建(V-SLAM)在机器人、无人机导航、自动驾驶等领域有着广泛的研究。直接法V-SLAM基于环境亮度不变性假设,跟踪相机的位姿并构建环境地图。针对直接法V-SLAM,首先简述其基本原理;然后分析、比较几种具有代表性的直接法V-SLAM系统;最后讨论直接法的优缺点和发展趋势,并进行了总结和展望。

融合点线特征的双目视觉-惯导SLAM算法

针对视觉与惯导信息融合的同时定位与地图构建中,因使用场景缺少纹理和相机图像模糊导致的点特征缺失,以及线特征容易错误关联的问题,提出了一种融合点线特征的双目视觉-惯导SLAM算法。该算法首先使用惯导信息辅助系统前端进行点线特征数据关联,跟踪相机位姿;然后,在系统后端根据点线特征的丰富程度对点线特征的重投影残差进行加权,采用非线性优化的形式进行状态估计,并为系统前端提供局部地图信息;最后,使用点线综合的视觉词典进行回环检测,当检测到回环时,对系统中各状态量进行全局优化。基于EuRoC数据集以及KITTI数据集的实验结果表明:该双目视觉-惯导SLAM算法可以有效剔除线特征误匹配,提高系统前端的跟踪精度,而点线综合的视觉词典可以提升系统回环检测的准确率。

机械臂的神经网络滑模变结构控制

针对机械臂位置跟踪控制中存在的不确定干扰和建模误差,提出了基于趋近律的滑模控制和神经网络估计相结合的方法。该方法使用指数趋近律终端滑模控制使得系统在有限时间内到达滑模面,采用径向基神经网络自适应地跟踪系统的不确定干扰和建模误差,并通过李亚普诺夫函数确定了神经网络的权值更新律。该方法保证了系统的全局稳定性,有效地抑制了抖振。双关节机械臂系统的仿真结果表明了该方法的有效性。

基于干扰观测器与模糊前馈补偿的随动系统PID控制策略

针对随动系统在非线性随机力矩干扰时输出信号易畸变的现象,提出一种基于干扰观测器与模糊前馈补偿的随动系统PID控制策略。在随动系统"三闭环"结构模型的基础上,合理设计干扰观测器与模糊前馈补偿器,对干扰力矩的不确定性误差进行补偿,经仿真试验与结果分析,与传统模糊PID控制策略相比,所提策略能更好地补偿随动系统在非线性随机力矩干扰下的不确定性误差,削弱模糊PID控制的抖振,使系统具有良好的跟踪性能与鲁棒性。

基于改进CKF的光电跟踪伺服系统二阶滑模控制

传统的光电跟踪伺服系统滑模控制中,对目标位移信号微分以求取速度、加速度等运动状态的方法会影响控制的精度和稳定性。针对这一缺点,提出了基于改进容积卡尔曼滤波(CKF)的二阶滑模控制算法。基于系统原理,建立了系统模型;应用限定下界法改进了CKF算法以提高目标状态估计的准确度;应用超螺旋算法设计了二阶滑模控制器,并将滤波预测的目标状态作为系统输入进行仿真实验。结果表明,相对于传统的二阶滑模控制,所设计的控制方法提高了控制精度,减小了抖振,且具有更好的稳定性。