[發明專利]機器人在液體下建筑內高精度導航的方法和裝置

有效

• 申請號: 202110770136.0
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113218386B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 魏建倉;張紅良;郭軼;張永強
• 申請（專利權）人: 深之藍海洋科技股份有限公司
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/16;G01C21/20;G01S15/86
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 謝清萍;項榮

本申請提供一種機器人在液體下建筑內高精度導航方法，包括：通過第一導航設備獲取機器人的第一導航相關信息；通過第二導航設備獲取機器人的第二導航相關信息；基于第一導航相關信息和第二導航相關信息獲取機器人的初步位置信息；響應于建筑內特征部位的先驗位置信息與機器人的初步位置信息之差在預定閾值內，通過圖像聲納獲取機器人的位置信息；以及融合第一導航相關信息、第二導航相關信息以及機器人的位置信息獲取機器人的導航信息。本申請還提供機器人在液體下建筑內高精度導航的裝置，依靠圖像聲納識別液體下建筑的特征部位，實現機器人在液體下建筑內高精度導航。

技術領域

本申請涉及水下導航領域，尤其涉及機器人在液體下建筑內高精度導航的方法和裝置。

背景技術

需要說明的是，本申請的高精度導航方案適于各種液體，例如，水、油、酒精等，為了方便起見，在如下的描述中將液體具體化為水。

目前，基于水下機器人的水利水電工程檢測和維修是當前水利水電工程運維領域的一大趨勢。水利水電工程檢測和維修中經常需要水下機器人進入水利水電工程建筑內部檢查設施狀態，尋找缺陷和隱患并對缺陷部位進行修復。水利水電領域常見的水下建筑包含隧洞、倒虹吸、涵箱、水電站內部等。水下機器人的檢測和修復作業需要水下機器人具備在水下建筑內高精度導航的能力。

由于電磁波等介質無法在水下長距離傳播，陸上和空中大量使用的GNSS（GlobalNavigation Satellite System，全球導航衛星系統）無法在水下使用，水下高精度導航一直是導航領域內的難題。

陸上建筑內導航采用的技術手段包含wifi、藍牙、視覺、激光等，在室內清掃機器人、室內設備、室內車輛和人員定位等領域存在大量應用。其中wifi和藍牙的通信介質依然是電磁波，無法在水下長距離傳播和有效應用。光線在水利水電工程中渾濁的水中傳播距離有限，基于視覺或激光的導航方法難以使用。

水下導航的常用技術手段包括INS（Inertial Navigation System, 慣性導航系統）、水聲DVL（Doppler Velocity Log，多普勒測速儀）、水聲LBL/SBL/USBL導航（LongBaseline / Short Baseline / Ultra Short Baseline，長/短/超短基線）等。慣性導航存在誤差隨時間累積的問題。多普勒測速儀僅能夠測速，定位誤差也會隨著時間累積，從而導致定位不準。LBL/SBL/USBL等水聲導航需要外部水聲基陣支持，且范圍有限。

因此水下導航中一般將上述兩種或多種導航方法綜合應用，形成組合導航。然而，由于水聲在水下建筑內存在遮擋、反射、多徑等多種因素影響，LBL/SBL/USBL水聲導航在水下建筑內應用效果不佳或根本無法使用；慣性導航、多普勒測速儀都存在定位誤差，無法實現對水下機器人的高精度定位，在空間狹小的水下建筑內更加難以實現高精度導航，而且，慣性導航和多普勒測速儀的定位誤差會隨著時間累計，對于水利水電工程建筑內檢測和作業的水下機器人，工作時間一般在2小時以上，“慣性導航+多普勒測速儀”組合導航的定位精度無法滿足應用需求。

從而，由于水聲在水下建筑內存在遮擋、反射、多徑等多種因素影響，基于水聲的導航方法在水下建筑內應用效果不佳甚至無法使用，水下建筑內的高精度導航尤其困難，相關的方案很少。

圖像聲納（例如，多波束圖像聲納、三維聲納、側掃聲納）可以實時獲取水下圖像或點云（聲納圖像），且具有測距能力，也可以認為是一種視覺手段。當前圖像聲納多用于避障、目標探測、結構測量。也有研究利用SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，同步定位與建圖）等方法開展了圖像聲納導航的探索。由于聲納圖像與光學圖像存在較大差別，信噪比低，無色彩信息，干擾多，基于圖像聲納的導航應用并不成熟。

發明內容