Graph-Optimized Encoder–IMU Fusion for Robust Pipeline Robot Localization in Confined Spaces

编码器 惯性测量装置 人工智能 计算机视觉 机器人 计算机科学 管道(软件) 融合 图形 传感器融合 理论计算机科学 程序设计语言 哲学 语言学 操作系统
作者
Jianliang Mao,Wenxin Song,Hongpeng Liang,Fei Xia,Chuanlin Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:74: 1-12 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tim.2025.3563029
摘要

Localization in confined spaces presents significant challenges, as conventional vision-based and LiDAR-based methods often exhibit limited performance due to environmental constraints. These limitations underscore the urgent need for enhanced inertial navigation systems with improved accuracy. To address the persistent issue of noise interference in traditional inertial localization, this study introduces an enhanced encoder-inertial measurement unit (IMU) framework, specifically designed to provide a cost-effective localization solution for short-to-medium range tasks in enclosed environments. The proposed architecture adopts a dual-component design: (1) a front-end module that integrates data from the wheel encoder and IMU to estimate the robot pose, leveraging an error-state Kalman filter (ESKF); and (2) a back-end module that initializes the IMU data through graph optimization and performs large-scale local optimization of historical poses and inertial parameters. Finally, extensive experimental evaluations demonstrate the effectiveness of the proposed method.
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