恭喜东北大学程红太获国家专利权
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龙图腾网恭喜东北大学申请的专利基于旋转雷达和IMU的巷道三维重建系统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:CN114359499B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-05-13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:202210025280.6,技术领域涉及:G06T17/05;该发明授权基于旋转雷达和IMU的巷道三维重建系统是由程红太;郭小林;席会东设计研发完成,并于2022-01-11向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于旋转雷达和IMU的巷道三维重建系统在说明书摘要公布了:本发明公开一种基于旋转雷达和IMU的巷道三维重建系统及方法,系统包括移动载体机器、履带轮、轮速计、惯性测量系统IMU、旋转雷达、工控机和电源。其中轮速计安装于履带轮上,惯性测量系统IMU、旋转雷达和工控机安装于移动载体机器上,轮速计、惯性测量系统IMU、旋转雷达分别与工控机电连接。基于上述系统的巷道三维重建方法给点云置信度赋值以及基于置信度的点云融合,获得了更为精准的巷道场景点云。对巷道点云进行了表面重建,使得地面监控人员更直观的观测到巷道环境。
本发明授权基于旋转雷达和IMU的巷道三维重建系统在权利要求书中公布了:1.一种基于旋转雷达和IMU的巷道三维重建系统,其特征在于,系统包括移动载体机器7、履带轮1、轮速计2、惯性测量系统IMU4、旋转雷达5、工控机6和电源3;所述轮速计2安装于履带轮1上,所述惯性测量系统IMU4、旋转雷达5和工控机6安装于移动载体机器7上;所述轮速计2、惯性测量系统IMU4、旋转雷达5分别与工控机6电连接;所述电源为轮速计2、惯性测量系统IMU4、旋转雷达5以及工控机6供电;基于旋转雷达和IMU的巷道三维重建系统使用以下方法进行巷道三维重建:步骤1:基于旋转雷达和IMU的巷道三维重建系统建立坐标系,并对旋转雷达进行标定;步骤1.1:根据移动载体机器建立移动载体坐标系TE;步骤1.2:根据惯性测量系统IMU建立IMU坐标系TI;步骤1.3:根据旋转雷达建立旋转雷达坐标系TL;步骤1.4:建立世界坐标系TW,并初始化与移动载体坐标系TE重合;步骤1.5:建立世界坐标系2TW2,并初始化与IMU坐标系TI重合;步骤1.6:激光雷达采集连续两帧点云,使用CalidarCalibration方法,获得激光雷达坐标系到云台坐标系的标定矩阵;步骤2:静态的获取旋转雷达采集的三维点云数据,赋予点云中每一个点一个置信度,并去除置信度为零的点;步骤3:通过滤波处理,对三维点云数据进行去除离群点、去除移动载体机器机身点云和体素化操作;步骤4:获取IMU的惯性数据、轮速计的速度数据,通过卡尔曼算法融合获取移动载体机器位移数据;步骤4.1:获取惯性测量系统IMU的惯性数据,包括IMU坐标系下惯性测量系统IMU的三轴加速度数据世界坐标系2下IMU旋转角的四元数数据步骤4.2:根据世界坐标系2下IMU旋转角的四元数数据,获得对应的旋转矩阵RI,W2;步骤4.3:根据IMU坐标系下IMU的三轴加速度数据,获得世界坐标系2下IMU的加速度: 步骤4.4:获取两个轮速计的速度数据,通过运动学分析,获得移动载体坐标系下移动载体机器的速度数据 其中,为x轴速度,为y轴速度,为绕z轴角速度;步骤4.5:应用刚体平面运动的运动学原理,使用基点法由移动载体机器的速度数据求得移动载体坐标系下IMU的速度数据其中,z方向速度为零;步骤4.6:根据移动载体坐标系下IMU的速度数据获得世界坐标系2下IMU的速度: 其中,RI,e为移动载体坐标系到IMU坐标系的旋转矩阵;步骤4.7:将世界坐标系2下IMU的速度和IMU测得的IMU加速度作为卡尔曼滤波的观测值,对系统状态进行最优估计,估计世界坐标系2下IMU的位移、速度、加速度;步骤4.8:根据世界坐标系2下IMU的加速度和旋转角的四元数数据,获得世界坐标系2下IMU的位姿矩阵,再进行坐标转换得到世界坐标系下移动载体机器的位姿矩阵;步骤5:对前后两帧点云数据进行配准,获取高精度点云位姿;步骤6:去除历史帧的点云数据中的工作面;步骤7:基于置信度进行点云融合,获得三维巷道模型。
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