Indoor mobile robot localization applying IMU/stereo camera/LiDAR and graph-based optimization

计算机视觉 激光雷达 人工智能 移动机器人 惯性测量装置 计算机科学 同时定位和映射 立体摄像机 切割 机器人 立体摄像机 计算机图形学(图像) 遥感 图像分割 地质学 分割
作者
Liyang Zhang,Lidong Zhang,Rui Gao,Lei Pan,Chenyu Xu,Kai Cheng
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:24 (13): 21466-21478
标识
DOI:10.1109/jsen.2024.3400269
摘要

The navigation and positioning system of mobile robot using multi-sensor fusion has become a research hotspot in the aspects of high accuracy, low computational complexity and strong stability. In order to improve the accuracy of sensor asynchronous information fusion and meet the application requirements of geometric structure feature degradation in warehousing logistics, an adaptive weighted factor graph (AWFG) positioning method using IMU, LiDAR and stereo camera is proposed. Combining the dominant features of three sensors and factor graph theory, a new multi-sensor fusion factor graph model is established. By dynamically adjusting the reliability of sensor measurement information, an adaptive factor weight function is designed to improve the positioning accuracy and system stability under abnormal sensor or environmental interference condition. Besides, sliding window optimization is added to limit the factor scale, and variable elimination algorithm is combined to optimize the factors in the window to further reduce the computational complexity. Compared with extended Kalman filter (EKF) and particle swarm optimization (PSO) algorithms, simulation and experimental results show that the proposed method not only reduces the mean location error by about 30%, but also effectively enhances the computational efficiency and system stability.
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