[發明專利]一種多無人機協作SLAM方法與系統

有效

• 申請號: 202010534426.0
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111812978B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 楊志華;李子恒;齊曉晗;趙喜雙
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）（哈爾濱工業大學深圳科技創新研究院）
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 深圳市添源創鑫知識產權代理有限公司 44855
• 代理人: 周椿

本發明提供了一種多無人機協作SLAM方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、檢測無人機與地面站之間的通信是否正常,如果正常，則傳遞無人機的關鍵幀以及對應的無人機編號；S2、如果對比當前的某一圖片與另一無人機的某時刻圖片相似，則首先計算出兩個關鍵幀對應的相對位姿,再結合單機SLAM結果計算出相對初始位姿；S3、將所有相似場景的相對初始位姿,納入到一個集合中，再進行一個自適應數量的聚類，并從中選擇最優的聚類，得到關聯數據；S4、將關聯數據與單機SLAM結果結合到一起進行優化,最后返回優化后的全局地圖信息與飛行軌跡。本發明還提供了一種多無人機協作SLAM系統。本發明的有益效果是：較好的解決了數據關聯方案不能解決相似場景的問題。

技術領域

本發明涉及無人機，尤其涉及一種多無人機協作SLAM方法與系統。

背景技術

在未知環境下，無人機可以對自身位置和姿態進行估計，是能夠有效完成任務的關鍵技術。當無人機在低空，低速行駛時，使用全球定位系統(Global PositioningSystem，GPS)和慣性導航系統(Inertial Navigation System，INS)等方法可以獲得飛行所需的位置、速度等信息，滿足在城市中的飛行需求。但是GPS和INS存在使用的局限性，GPS的誤差范圍為3-10米，而且在室內環境和高山、峽谷等惡劣環境下由于信號弱導致無法正常工作。同時，INS會隨著無人機的不斷運動，造成誤差的逐漸積累。在這種情況下，使用同步定位與建圖(Simultaneous Localization and Mapping，SLAM)可以解決無人機在未知環境下，對位置和姿態的估計。對位姿的估計是實現無人機自主飛行和自主導航等智能化飛行的關鍵環節。

目前將無人機和SLAM相結合的研究中，主要以單個無人機為研究對象，對于多個無人機的協作SLAM(Cooperative SLAM，CSLAM)沒有較為成熟的研究結果，CSLAM是指多個無人機同時在環境中飛行，通過互相協作進行地位和地圖的構建，是將SLAM算法與多無人機系統相結合。通過CSLAM，可以提高建圖的精度、提高構建地圖的速度、擴大單位時間內無人機在環境中的覆蓋范圍，在大規模的未知環境的搜索應用中具有重要的意義。

在復雜的環境下，由于傳感器視線被遮擋或飛行空域限制等因素，僅使用單架無人機無法維持大范圍區域內對目標的持續跟蹤，需要依靠多架無人機合作完成任務。相比單架無人機來說，采用多無人機協同執行任務具有以下優勢：

(1)可以通過配合提高任務完成的質量；

(2)可以通過并行執行任務，縮短完成任務的時間，提高整體效率；

(3)可以通過共享資源與信息，提高執行任務的能力；

(4)可以通過任務分配的比重增加任務成功的概率，提高魯棒性。

目前，在很多無人機領域的應用都逐步由單機獨自完成任務向多機協同的方向發展。已有大量的項目針對無人機的協同偵查、未知環境地圖的構建、目標跟蹤、定位、組網編隊控制等領域展開研究。

協作SLAM中的數據關聯問題是指將多個SLAM的數據相互關聯起來，使得彼此之間處于不同坐標系下的位姿信息和地圖可以統一到一個共同坐標系中，從而可以進行進一步的優化，從而得到更準確的信息。

目前在協作SLAM數據關聯中主要采用2種策略：

1.在進行協作SLAM之前就給定具體的關聯，從而使得以后的數據關聯都基于最開始的關聯來進行判斷；

2.與單機SLAM類似，采取直接的辦法來進行識別，針對其中可能存在的錯誤測量，采取篩選個別點的方式。

上述無人機技術存在以下技術問題及缺陷：

(1)單無人機技術缺陷