[發(fā)明專利]一種攀爬機(jī)器人空間定位方法及空間定位系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110368862.X
• 申請(qǐng)日: 2021-04-06
• 公開（公告）號(hào): CN113276106B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葉文達(dá);朱海飛;付紫楊;管貽生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B62D57/024;G06K7/14;G06K17/00;G06T7/80;A47L1/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種攀爬機(jī)器人空間定位方法，攀爬機(jī)器人包括機(jī)器人本體和設(shè)置于電腦端的機(jī)器人控制系統(tǒng)，機(jī)器人本體包括兩組機(jī)器人末端，所述機(jī)器人末端設(shè)有用于行走的吸附模塊，兩組吸附模塊均分別固定設(shè)有相機(jī)，所述吸附模塊、相機(jī)均與機(jī)器人控制系統(tǒng)信號(hào)連接，其特征在于，空間定位方法包括以下步驟：

S1：基于建筑信息模型進(jìn)行信息提取與運(yùn)算，獲得二維碼標(biāo)記信息數(shù)據(jù)庫；所述建筑信息模型包括玻璃幕墻(2)、桿件和若干不同的二維碼標(biāo)記(1)，所述桿件連接于相鄰玻璃幕墻(2)之間，所述二維碼標(biāo)記(1)設(shè)于玻璃幕墻(2)；

S2：通過所述相機(jī)采集圖像信息，經(jīng)無線圖像傳輸模塊傳輸至機(jī)器人控制系統(tǒng)；

S3：對(duì)相機(jī)與機(jī)器人末端進(jìn)行手眼標(biāo)定，求解相機(jī)與機(jī)器人末端之間的手眼標(biāo)定矩陣機(jī)器人控制系統(tǒng)對(duì)步驟S2中所述圖像信息中的二維碼標(biāo)記進(jìn)行圖像處理，獲取二維碼標(biāo)記(1)的ID信息，將所述二維碼標(biāo)記(1)的ID信息在步驟S1所述二維碼標(biāo)記信息數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，獲得標(biāo)記坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系之間的變換矩陣采用針孔相機(jī)模型對(duì)相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，機(jī)器人控制系統(tǒng)對(duì)步驟S2中所述圖像信息中的二維碼標(biāo)記(1)進(jìn)行位姿估計(jì)，求解相機(jī)坐標(biāo)系與標(biāo)記坐標(biāo)系之間的變換矩陣

S4：結(jié)合步驟S3中步驟S4中和步驟S5中求解出攀爬機(jī)器人(3)當(dāng)前位姿矩陣

實(shí)現(xiàn)攀爬機(jī)器人(3)攀爬過程中的遠(yuǎn)程空間定位。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攀爬機(jī)器人空間定位方法，其特征在于，步驟S1中，所述建筑信息模型為在Autodesk Revit軟件中建立的玻璃幕墻環(huán)境模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的攀爬機(jī)器人空間定位方法，其特征在于，步驟S1中，信息提取與運(yùn)算的步驟包括：先分出各種構(gòu)件類型的集合，通過類過濾器來過濾所有圖元，將過濾出的圖元放在收集器中，遍歷收集器中所有圖元，依次判斷是否為玻璃幕墻(2)、桿件以及二維碼標(biāo)記(1)，分別得到類型集合，提取玻璃幕墻(2)和桿件的幾何信息及二維碼標(biāo)記(1)的ID信息和幾何信息，將提取到的玻璃幕墻(2)和桿件的幾何信息存儲(chǔ)于電腦，將提取到的二維碼標(biāo)記(1)的ID信息和幾何信息存儲(chǔ)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的攀爬機(jī)器人空間定位方法，其特征在于，步驟S1中，根據(jù)信息提取獲得的二維碼標(biāo)記(1)的幾何信息，使用迭代就近點(diǎn)算法ICP算法計(jì)算標(biāo)記坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系下的變換矩陣序列，與二維碼標(biāo)記(1)的ID信息共同生成二維碼標(biāo)記信息數(shù)據(jù)庫。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的攀爬機(jī)器人空間定位方法，其特征在于，標(biāo)記坐標(biāo)系中二維碼標(biāo)記的四個(gè)角點(diǎn)與世界坐標(biāo)系中二維碼標(biāo)記的四個(gè)角點(diǎn)分別組成四組對(duì)應(yīng)點(diǎn)，標(biāo)記坐標(biāo)系中二維碼標(biāo)記的四個(gè)角點(diǎn)與世界坐標(biāo)系中二維碼標(biāo)記的四個(gè)角點(diǎn)視為已完美配準(zhǔn)的兩組“點(diǎn)云”，求解標(biāo)記坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系之間的變換矩陣的方法為：

計(jì)算標(biāo)記坐標(biāo)系下描述的四個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的質(zhì)心位置p，世界坐標(biāo)系下描述的四個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的質(zhì)心位置p′，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)的去質(zhì)心坐標(biāo)：

q_i＝p_i-p,q_i′＝p_i′-p′(i＝1,2,3,4)

式中，p_i為標(biāo)記坐標(biāo)系下描述的第i個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)，q_i為標(biāo)記坐標(biāo)系下描述的第i個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的去質(zhì)心坐標(biāo)，p_i′為世界坐標(biāo)系下描述的第i個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)，q_i′為世界坐標(biāo)系下描述的第i個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的去質(zhì)心坐標(biāo)；

兩組“點(diǎn)云”經(jīng)過變換后的誤差E(R，t)為：

其中，R為旋轉(zhuǎn)矩陣，t為平移向量；

使E(R，t)取得最小值，計(jì)算優(yōu)化后的旋轉(zhuǎn)矩陣R^*：

根據(jù)優(yōu)化后的旋轉(zhuǎn)矩陣R^*計(jì)算優(yōu)化后的平移向量t^*：

t^*＝p-R^*p^′。