[發(fā)明專利]一種無軌化定位導(dǎo)航方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310686467.1
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103674015B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳嶸;錢平;楊松偉;陳川;杜鑫峰;何高飛;陶煜昆;吳劍;鄭洪波;王霞
• 申請（專利權(quán)）人: 國家電網(wǎng)公司;國網(wǎng)浙江省電力公司;國網(wǎng)浙江省電力公司檢修分公司;浙江國自機器人技術(shù)有限公司;南京國電南自軟件工程有限公司;武漢中元華電科技股份有限公司;北京四方繼保自動化股份有限公司;華北電力大學(xué)
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 王寶筠

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及機器人自主運動控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種無軌化定位導(dǎo)航方法及裝置。

背景技術(shù)

在變電站內(nèi)智能巡檢機器人的技術(shù)方案經(jīng)過幾年的發(fā)展和推廣后，變的日趨成熟，現(xiàn)有技術(shù)中，變電站內(nèi)機器人定位導(dǎo)航所采用的技術(shù)主要有以下幾種：

1、磁條引導(dǎo)加RFID(radio frequency identification，射頻識別)標(biāo)簽定位方法，該方法主要依靠安裝于機器人底盤前部的磁傳感器陣列檢測機器人相對于磁條軌跡的偏離，通過控制使機器人保持沿磁條中心的軌跡運動，并將RFID標(biāo)簽用作機器人的巡檢點停靠。該方法雖然導(dǎo)航重復(fù)度好、抗干擾能力強，但是磁條軌跡的鋪設(shè)涉及大量現(xiàn)場施工、磁條成本及磁條維護(hù)成本、一旦磁條鋪設(shè)完工則巡檢路線不能靈活改變、底盤受限于磁傳感器檢測距離，使得機器人只能在平地上運動，對于草地等自然地形不能適用。

2、基于GPS和磁羅盤的定位方法，該方法主要采用高精度的差分GPS定位系統(tǒng)作定位，用磁羅盤傳感器檢測地磁來確定機器人的朝向。該方法雖然規(guī)避了前一種方法的大部分缺點，但高精度GPS成本高，且由于變電站為高電場高磁場環(huán)境，而GPS和磁羅盤傳感器都易受電磁干擾影響，所以該方法并不能在穩(wěn)定性和可靠性上得到保證。

3、基于激光傳感器和反光標(biāo)識的定位導(dǎo)航方法，該方法通過在巡檢路徑兩側(cè)安裝固定幾何形狀的標(biāo)識物，利用激光傳感器檢測環(huán)境中的反光標(biāo)識，至少檢測到3個反光標(biāo)識就可以計算得到與反光標(biāo)識(反光標(biāo)識坐標(biāo)已知)同一全局坐標(biāo)系下傳感器所處位置和朝向。該方法雖然可靠而且精度好，機器人也能實現(xiàn)草地等全地形的運動，但是該方法需要設(shè)立反光標(biāo)識物，且反光標(biāo)識的全局位置需要事前已知，反光標(biāo)志物全局位置的誤差直接影響機器人最終的定位導(dǎo)航精度，雖然可靈活改變機器人路線，但需要在路線兩邊設(shè)置反光標(biāo)識因此仍然存在一定的運維費用。

因此，亟需一種定位導(dǎo)航方法，在降低成本及運維費用的基礎(chǔ)上，提高定位導(dǎo)航的穩(wěn)定性和可靠性，滿足機器人在自然環(huán)境中運動的需要。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本申請實施例提供一種無軌化定位導(dǎo)航方法，在降低成本及運維費用的基礎(chǔ)上，提高定位導(dǎo)航的穩(wěn)定性和可靠性，滿足機器人在自然環(huán)境中運動的需要。

為了實現(xiàn)上述目的，本申請實施例提供的技術(shù)方案如下：

一種無軌化定位導(dǎo)航方法，包括：

測量相鄰時間點t-1到t之間機器人沿朝向方向運動過的距離以及在水平面上的航向變化率；

根據(jù)所述距離、所述航向變化率以及預(yù)先設(shè)置的航位推算公式計算t時刻機器人的位置預(yù)測值；

提取激光傳感器測量得到的激光數(shù)據(jù)中的局部特征信息；

利用同時定位與地圖構(gòu)建SLAM技術(shù)將所述局部特征信息融合成一個統(tǒng)一的全局特征地圖；

利用所述全局特征地圖、所述位置預(yù)測值以及預(yù)先設(shè)置的特征匹配算法計算t時刻機器人的位置估計值；

采用狀態(tài)映射的方法將基于所述全局特征地圖的矢量圖轉(zhuǎn)換為拓?fù)鋱D，以實現(xiàn)對機器人的無軌化定位導(dǎo)航。

優(yōu)選的，還包括：利用所述位置估計值對利用SLAM技術(shù)將所述局部特征信息融合成一個統(tǒng)一的全局特征地圖的過程進(jìn)行修正。

優(yōu)選的，包括：

通過里程計測量相鄰時間點t-1到t之間機器人沿朝向方向運動過的距離。

優(yōu)選的，包括：

通過慣性測量單元IMU測量機器人在水平面上的航向變化率。

優(yōu)選的，所述激光數(shù)據(jù)為激光傳感器通過掃描式測量得到的二維平面180°或270°范圍內(nèi)機器人與各個障礙物之間的實際距離。

優(yōu)選的，提取激光傳感器測量得到的激光數(shù)據(jù)中的局部特征信息，包括：

提取激光傳感器測量得到的激光數(shù)據(jù)中的線段特征；

判斷是否完成提取線段特征的過程；

當(dāng)是時，在所述激光數(shù)據(jù)中提取線段特征后剩余的數(shù)據(jù)集中提取圓弧特征。

優(yōu)選的，還包括：

接收用戶輸入的機器人的目標(biāo)位置信息；

獲取機器人的當(dāng)前位置信息；

在所述拓?fù)鋱D中搜索與所述當(dāng)前位置信息以及目標(biāo)位置信息相對應(yīng)的路徑。

優(yōu)選的，還包括：

在基于全局特征地圖的矢量圖中顯示所述路徑。

一種無軌化定位導(dǎo)航裝置，包括：測量單元、位置預(yù)測單元、局部特征信息提取單元、全局特征地圖生成單元、位置估計單元以及拓?fù)鋱D生成單元，其中，

所述測量單元用于測量相鄰時間點t-1到t之間機器人沿朝向方向運動過的距離以及在水平面上的航向變化率；