IMU测量数据生成方法、系统、计算机装置及可读存储介质制造方法及图纸

技术编号:20093625 阅读:51 留言:0更新日期:2019-01-15 12:44
本发明专利技术提供一种IMU测量数据生成方法及装置、计算机装置及可读存储介质,包括获取位姿轨迹数据,其中所述位姿轨迹数据包含若干位姿轨迹信息;对两相邻位姿轨迹信息进行插值处理,以得到一个或多个位于所述两相邻位姿轨迹信息之间的插值处理后的位姿轨迹信息;根据所述位姿轨迹数据中位置信息计算运动模型的加速度信息;并根据所述位姿轨迹数据中旋转信息所述计算运动模型的角速度信息;对所述运动模型执行位姿变换操作。本发明专利技术可根据相机的位姿轨迹信息来生成IMU的测量数据,避免了在机器人上安装IMU后涉及的硬件同步问题,以及相机与IMU相对安装位置的问题。

IMU Measurement Data Generation Method, System, Computer Device and Readable Storage Media

The invention provides an IMU measurement data generation method and device, a computer device and a readable storage medium, including acquisition of position and attitude trajectory data, in which the position and attitude trajectory data contains several position and attitude trajectory information, and interpolation processing of two adjacent position and attitude trajectory information to obtain one or more position and attitude trajectories after interpolation processing between the two adjacent position and attitude trajectory information. The acceleration information of the motion model is calculated according to the position information of the position and attitude trajectory data, and the angular velocity information of the motion model is calculated according to the rotation information of the position and attitude trajectory data, and the position and attitude transformation operation is performed on the motion model. The method can generate IMU measurement data according to the position and orientation trajectory information of the camera, thus avoiding the hardware synchronization problem after the IMU is installed on the robot and the relative installation position of the camera and the IMU.

【技术实现步骤摘要】
IMU测量数据生成方法、系统、计算机装置及可读存储介质
本专利技术涉及机器人领域,尤其涉及一种基于相机位姿的IMU测量数据生成方法、系统、计算机装置及可读存储介质。
技术介绍
本部分旨在为权利要求书及具体实施方式中陈述的本专利技术的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。随着移动机器人在人类生活中不断的使用与发展,清扫机器人、家庭陪伴机器人、送餐机器人等陆续进入公众的视线。当今机器人发展的热点和重点是,机器人要能够通过各种传感器获取环境信息,利用人工智能识别、理解、推理并进行判断和决策来完成一定的任务。SLAM(SimultaneousLocalizationAndMapping,同时建图与定位)问题可以描述为:将一个机器人放入未知环境中的未知位置,是否有办法让机器人一边逐步描绘出此环境的地图,一边根据已经生成的地图完成对自身位置与姿态的估计。SLAM最早由Smith、Self和Cheeseman于1988年提出,由于其重要的理论与应用价值,被很多学者认为是实现真正全自主移动机器人的关键。而视觉SLAM是一种以视觉传感器为机器人感知设备的SLAM方法。视觉传感器可以分为单目相机、双目相机、RGB-D相机等,其中RGB-D相机是一种能够同时获得彩色图像信息(RGB)与图像的深度信息(Depth)的视觉传感器。视觉里程计是SLAM技术的重要组成部分,这一部分主要负责收集传感器的信息,初步的估计出相机的运动轨迹与运动状态(即固连的机器人的运动轨迹与运动状态)。再初步的估计出以上的信息之后,里程计部分会将此结果传递给SLAM的其它部分,以完成更高精度的估计。IMU(InertialMeasurementUnit,惯性测量单元)是测量物体三轴的角速率以及线性加速度的装置。一般的,一个IMU包含了三个单轴的加速度计(accelerometer)和三个单轴的陀螺仪(gyroscope)。加速度计能够检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号,而陀螺仪检测载体相对于载体坐标系的角速度信号,与加速度计和陀螺仪一起测量物体在三维空间中的角速度和加速度,并以此解算出物体的姿态。因而,IMU在机器人的导航与控制之中有着很重要的应用价值。在衡量视觉惯性里程计以及视觉惯性SLAM算法效果的领域,以及测试算法可用性的时候,可在机器人上再安装IMU,但是如果想要同时安装上IMU,需要考虑IMU测量数据与相机测量数据硬件同步(即测量时间同步)的问题,以及相机与IMU相对安装位置的问题,这就涉及到了相机与IMU数据的标定问题,在目前尚没有完美的解决办法。并且对于大多数在视觉SLAM领域的开源数据集来说,没有含有IMU的测量数据。
技术实现思路
鉴于上述,本专利技术提供一种IMU测量数据生成方法、系统、计算机装置及可读存储介质,可基于相位位姿信息来生成IMU数据,有利于解决在机器人安装IMU后涉及的硬件同步问题,以及相机与IMU相对安装位置的问题。一种IMU测量数据生成方法,包括:获取位姿轨迹数据,其中所述位姿轨迹数据包含若干位姿轨迹信息,每一位姿轨迹信息包含位置信息及旋转信息;对两相邻位姿轨迹信息进行插值处理,以得到一个或多个位于所述两相邻位姿轨迹信息之间的插值处理后的位姿轨迹信息,并更新所述位姿轨迹数据;根据更新后的所述位姿轨迹数据中位置信息计算运动模型的加速度信息;并根据更新后的所述位姿轨迹数据中旋转信息计算所述运动模型的角速度信息;对所述运动模型执行位姿变换操作,以将所述运动模型变换至惯性测量单元坐标系下的运动模型。进一步地,在所述IMU测量数据生成方法中,所述对两相邻位姿轨迹信息进行插值处理包括:根据惯性测量单元的频率对所述两相邻位姿轨迹信息进行插值处理。进一步地,在所述IMU测量数据生成方法中,所述对两相邻位姿轨迹信息进行插值处理包括:利用线性插值算法对所述两相邻位姿轨迹信息中的位置信息进行插值操作;利用球面插值对所述两相邻位姿轨迹信息中的旋转信息进行插值操作。进一步地,在所述IMU测量数据生成方法中,所述对两相邻位姿轨迹信息进行插值处理包括:利用多项式函数算法对所述两相邻位姿轨迹信息中的位置信息进行插值操作;利用球面插值对所述两相邻位姿轨迹信息中的旋转信息进行插值操作。进一步地,在所述IMU测量数据生成方法中,所述利用球面插值对所述两相邻位姿轨迹信息中的旋转信息进行插值操作包括:判断第一位姿轨迹信息中的旋转信息与第二位姿轨迹信息中的旋转信息点积是否为负,其中所述两相邻位姿轨迹信息包括所述第一位姿轨迹信息及所述第二位姿轨迹信息;当所述点积为负时,在所述第一位姿轨迹信息中的旋转信息与第二位姿轨迹信息中的旋转信息的共轭之间进行插值操作;当所述点积为正时,在所述第一位姿轨迹信息中的旋转信息与第二位姿轨迹信息中的旋转信息之间进行插值操作。进一步地,在所述IMU测量数据生成方法中,所述对所述运动模型执行位姿变换操作包括:将所述运动模型与齐次变换矩阵相乘,以得到所述惯性测量单元坐标系下的运动模型。进一步地,所述IMU测量数据生成方法还包括:对变换后的所述运动模型进行噪声处理,以生成对应所述惯性测量单元的测量数据。一种IMU测量数据生成系统,包括:获取单元,用于获取位姿轨迹数据,其中所述位姿轨迹数据包含若干位姿轨迹信息,每一位姿轨迹信息包含位置信息及旋转信息;插值单元,用于对两相邻位姿轨迹信息进行插值处理,以得到一个或多个位于所述两相邻位姿轨迹信息之间的插值处理后的位姿轨迹信息,并更新所述位姿轨迹数据;计算单元,用于根据更新后的所述位姿轨迹数据中位置信息计算运动模型的加速度信息;并根据更新后的所述位姿轨迹数据中旋转信息所述计算运动模型的角速度信息;变换单元,用于对所述运动模型执行位姿变换操作,以将所述运动模型变换至惯性测量单元坐标系下的运动模型。一种计算机装置,所述计算机装置包括处理器,所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现所述的IMU测量数据生成方法的步骤。一种可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现所述的IMU测量数据生成方法的步骤。上述IMU测量数据生成方法、系统、计算机装置及可读存储介质可根据相机的位姿轨迹信息来生成IMU的测量数据,避免了在机器人上安装IMU后涉及的硬件同步问题,以及相机与IMU相对安装位置的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施方式的技术方案,下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术IMU测量数据生成方法的较佳实施方式的流程图;图2是本专利技术IMU测量数据生成系统应用于计算机装置的较佳实施方式的示意图;图3是本专利技术IMU测量数据生成系统较佳实施方式的方框图。主要元件符号说明计算机装置1IMU测量数据生成系统417处理器401显示屏403存储器405输入输出接口407网络接口409获取单元300插值单元302计算单元304变换单元306处理单元308具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细描述。需要说明的是,在不冲突的情本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种IMU测量数据生成方法,其特征在于,所述方法包括:获取位姿轨迹数据,其中所述位姿轨迹数据包含若干位姿轨迹信息,每一位姿轨迹信息包含位置信息及旋转信息;对两相邻位姿轨迹信息进行插值处理,以得到一个或多个位于所述两相邻位姿轨迹信息之间的插值处理后的位姿轨迹信息,并更新所述位姿轨迹数据;根据更新后的所述位姿轨迹数据中位置信息计算运动模型的加速度信息;并根据更新后的所述位姿轨迹数据中旋转信息计算所述运动模型的角速度信息;对所述运动模型执行位姿变换操作,以将所述运动模型变换至惯性测量单元坐标系下的运动模型。

【技术特征摘要】
1.一种IMU测量数据生成方法,其特征在于,所述方法包括:获取位姿轨迹数据,其中所述位姿轨迹数据包含若干位姿轨迹信息,每一位姿轨迹信息包含位置信息及旋转信息;对两相邻位姿轨迹信息进行插值处理,以得到一个或多个位于所述两相邻位姿轨迹信息之间的插值处理后的位姿轨迹信息,并更新所述位姿轨迹数据;根据更新后的所述位姿轨迹数据中位置信息计算运动模型的加速度信息;并根据更新后的所述位姿轨迹数据中旋转信息计算所述运动模型的角速度信息;对所述运动模型执行位姿变换操作,以将所述运动模型变换至惯性测量单元坐标系下的运动模型。2.如权利要求1所述的IMU测量数据生成方法,其特征在于,所述对两相邻位姿轨迹信息进行插值处理包括:根据惯性测量单元的频率对所述两相邻位姿轨迹信息进行插值处理。3.如权利要求1所述的IMU测量数据生成方法,其特征在于,所述对两相邻位姿轨迹信息进行插值处理包括:利用线性插值算法对所述两相邻位姿轨迹信息中的位置信息进行插值操作;利用球面插值对所述两相邻位姿轨迹信息中的旋转信息进行插值操作。4.如权利要求1所述的IMU测量数据生成方法,其特征在于,所述对两相邻位姿轨迹信息进行插值处理包括:利用多项式函数算法对所述两相邻位姿轨迹信息中的位置信息进行插值操作;利用球面插值对所述两相邻位姿轨迹信息中的旋转信息进行插值操作。5.如权利要求3或4所述的IMU测量数据生成方法,其特征在于,所述利用球面插值对所述两相邻位姿轨迹信息中的旋转信息进行插值操作包括:判断第一位姿轨迹信息中的旋转信息与第二位姿轨迹信息中的旋转信息点积是否为负,其中所述两相邻位姿轨迹信息包括所述第一位姿轨迹信息及所述第二位姿轨迹信息;当所述点...

【专利技术属性】
技术研发人员:凌勇梁斌刘厚德姜军王学谦朱晓俊
申请(专利权)人:深圳清华大学研究院
类型:发明
国别省市:广东,44

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