[发明专利]一种煤矿机械手扫描观测系统

权利要求书

1.一种煤矿机械手扫描观测系统，其特征在于：该系统包括地理信息系统、在线感知模块、建模系统、激光雷达、红外相机、动静态信息识别模块和井下环境模块；

所述地理信息系统与在线感知模块分别与建模系统信号连接；

所述激光雷达与红外相机分别与动静态信息识别模块信号连接；

所述建模系统与动静态信息识别模块分别与井下环境模块信号连接；

所述地理信息系统通过三维激光扫描，构建井巷环境模型以及井巷环境的地图描述；

所述在线感知模块通过激光和视觉采集的感知方式，进行SLAM建模更新环境地图；

所述激光雷达通过点云配准，结合所述红外相机的视觉语义，将图像信号传输至动静态信息识别模块；

所述建模系统和动静态信息识别模块联合数据传至井下环境模块；利用激光雷达与视觉的动态配准结果，确定地图更新区域，确认是否为长期变化区域；在原有地图基础上，利用结合多传感器的激光SLAM技术更新环境地图；利用回环检测和图优化方法优化地图质量，保证更新后的地图与原始地图的一致性。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿机械手扫描观测系统，其特征在于：所述井巷环境模型的建模过程包括点云数据的获取、点云数据的预处理和三维环境建模；

点云数据的获取受井下巷道特殊环境的影响，选用激光扫描仪对井下巷道进行扫描，获取高精度三维点云数据；获取的三维点云数据受各种因素的影响存在误差，需要进行点云数据的预处理，为进行得到井下巷道环境的高精度模型提供数据。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿机械手扫描观测系统，其特征在于：所述通过三维激光扫描，构建井巷环境模型以及井巷环境的地图描述具体为：

录制相关区域带有GNSS信息的bag；

进行hdl_slam slam构图；

把map绕x轴旋转180，同时z轴方向提高2m；

把map绕z轴旋转90，使机机械手车头与朝向地图上前进的方向；

map已经进行ndt定位，运行bag及ndt定位生成ndt与gnss的对应点表，点的轨迹是一条折线，不能是直线；

利用生成的点表ndt或gnss进行再次转换，使地图方位与gps结合且方位一致；

把地图转换到gps坐标系下，如果选择本次bag第一帧gps作为原点，则地图的ndt原点与gps原点重合；

如果选择某一给定gps坐标作为原点，第一个bag第一帧的gps，则转换完成后，则本地图在第一个bag第一帧的gps为原点的坐标系下，如果所有的submap都选择同一gps原点，则所有的submap在同一坐标系下，完成地图拼接。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿机械手扫描观测系统，其特征在于：所述进行SLAM建模更新环境地图具体为：

S11：预测机器人状态：基于运动模型，预测机器人当前位置状态；

S12：预测测量量：基于得到的预测位置，预测应该得到哪些测量量；

S13：测量：测量当前真实环境信息；

S14：数据融合：利用EKF将S12和S13中的信息融合；

S15：更新机器人状态：根据S14的结果，更新机器人位置状态，收敛误差；

S16：更新地图：根据S14和S15更新地图数据。

5.根据权利要求4所述的一种煤矿机械手扫描观测系统，其特征在于：所述环境地图包括：

栅格图grid maps：将地图分为m*n的栅格，每个栅格内的数值代表是否被占用；

地标图landmark-based maps：基于地标建图，已知某些标志物在地图中的确定位置。

6.根据权利要求4所述的一种煤矿机械手扫描观测系统，其特征在于：所述环境地图包括：

占用图occupancy maps：对于每个栅格单元，代表是否被占用；

反射图reflection maps：对于每个单元，表示传感器束反射的概率。