[發(fā)明專(zhuān)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(kāi)（公告）號(hào): CN113276106B
• 公開(kāi)（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(zhuān)利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16;B62D57/024;G06K7/14;G06K17/00;G06T7/80;A47L1/02
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發(fā)明涉及機(jī)器人的視覺(jué)定位的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種攀爬機(jī)器人空間定位方法及空間定位系統(tǒng)，包括離線(xiàn)運(yùn)行和在線(xiàn)運(yùn)行兩種模塊。離線(xiàn)運(yùn)行包括對(duì)建筑信息模型進(jìn)行信息提取與運(yùn)算、求解標(biāo)記坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的變換矩陣并生成人工標(biāo)記信息數(shù)據(jù)庫(kù)、相機(jī)標(biāo)定以及手眼標(biāo)定等；在線(xiàn)運(yùn)行包括實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控與圖像抓取、標(biāo)記檢測(cè)與位姿估計(jì)、二維碼標(biāo)記信息數(shù)據(jù)庫(kù)檢索與攀爬機(jī)器人絕對(duì)位姿求解等。離線(xiàn)運(yùn)行與在線(xiàn)運(yùn)行結(jié)合，減少了傳感器的使用，簡(jiǎn)化了算法計(jì)算過(guò)程，且每一個(gè)二維碼標(biāo)記都有一個(gè)獨(dú)有的ID信息，單個(gè)二維碼標(biāo)記即可提供足夠多的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了攀爬機(jī)器人攀爬過(guò)程中的遠(yuǎn)程空間定位且提高了定位精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人的視覺(jué)定位的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種攀爬機(jī)器人空間定位方法及空間定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著大型玻璃幕墻在城市建筑應(yīng)用的普及化，與幕墻相關(guān)的清潔、檢修、維護(hù)等日常工作日益重要，而可以用于替代工人執(zhí)行這些作業(yè)任務(wù)的爬壁機(jī)器人，作為一種自動(dòng)化、智能化的解決方案，成為了科研院校和相關(guān)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

針對(duì)爬壁機(jī)器人的附著方式、運(yùn)動(dòng)方式以及機(jī)械結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家學(xué)者做了較多的研究，研發(fā)出了多款爬壁機(jī)器人，如鉤爪式、磁吸式、氣動(dòng)吸附型、連桿式、無(wú)人機(jī)型，雙足連桿型等。具體到爬壁機(jī)器人自我精確定位層面，研究者做出了一些有益的成果，并嘗試了紅外線(xiàn)、超聲波、WiFi、藍(lán)牙、室內(nèi)全球定位系統(tǒng)以及超寬帶技術(shù)等多種方案，亦有研究者在技術(shù)方案中嘗試融入建筑信息信息，但存在定位精度不高，機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景為單一壁面，未擴(kuò)展至三維空間，獲取信息有限，僅能達(dá)到米級(jí)或亞米級(jí)定位精度。

中國(guó)專(zhuān)利CN201410214064.1公開(kāi)了一種核電站爬壁機(jī)器人三維視景仿真模擬運(yùn)動(dòng)方法，所述爬壁機(jī)器人吸附于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的筒體內(nèi)壁上，建立所述筒體的桶壁、管板、傳熱管束以及爬壁機(jī)器人的三維模型，生成所述蒸汽發(fā)生器的三維場(chǎng)景；建立所述爬壁機(jī)器人在所述筒體內(nèi)壁上的位置坐標(biāo)；實(shí)時(shí)獲得所述爬壁機(jī)器人在所述筒體內(nèi)壁上的當(dāng)前位置的坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及各關(guān)節(jié)位姿信息；依據(jù)所述當(dāng)前位置的坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息和各關(guān)節(jié)位姿信息對(duì)應(yīng)調(diào)整所述爬壁機(jī)器人的位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和各關(guān)節(jié)的姿態(tài)。此方案中實(shí)時(shí)監(jiān)控所述爬壁機(jī)器人的位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和各關(guān)節(jié)位姿信息，便于精準(zhǔn)的檢測(cè)和操控，減少操控難度，實(shí)現(xiàn)操作人員的離線(xiàn)培訓(xùn)，但是需要使用較多的傳感器，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，不能穩(wěn)定有效地解決爬壁機(jī)器人的定位。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種攀爬機(jī)器人空間定位方法，減少傳感器的使用，簡(jiǎn)化算法和計(jì)算，簡(jiǎn)化了定位方式，提高了定位精度，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定有效的爬壁機(jī)器人空間定位。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

提供一種攀爬機(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，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(kù)；所述建筑信息模型包括玻璃幕墻、桿件和若干不同的二維碼標(biāo)記，所述桿件連接于相鄰玻璃幕墻之間，所述二維碼標(biāo)記設(shè)于玻璃幕墻；

S2：通過(guò)所述相機(jī)采集圖像信息，經(jīng)無(wú)線(xiàn)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)記的ID信息，將所述二維碼標(biāo)記的ID信息在步驟S1所述二維碼標(biāo)記信息數(shù)據(jù)庫(kù)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)器人當(dāng)前位姿矩陣