[發明專利]用于綜合管廊巡檢的足式機器人自主導航方法及系統

在審

• 申請號: 202211460568.2
• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN115718492A
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 孟健;肖鵬;左新斌;張斌;孫志周;陳天順;董旭;王媛媛;楊尚偉;劉樹仁;張偉
• 申請（專利權）人: 國網智能科技股份有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本發明公開了一種用于綜合管廊巡檢的足式機器人自主導航方法及系統，包括：獲取綜合管廊三維點云信息，并對三維點云信息進行預處理；將預處理后的三維點云信息分割為N個平面，分別對N個平面求取法向量；基于求得的法向量，采用粒子濾波算法，實時檢測管廊的延伸方向；控制巡檢機器人沿著管廊的延伸方向運動，實現巡檢機器人的無全局地圖自主導航。本發明通過粒子濾波算法實時檢測管廊的延伸方向，巡檢機器人導航不再依賴于GPS和預先建立的地圖，解決了重復場景帶來的絕對定位精度低的問題。

技術領域

本發明涉及機器人巡檢技術領域，尤其涉及一種用于綜合管廊巡檢的足式機器人自主導航方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本發明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

城市地下綜合管廊是指修建在城市下面的公共管道隧道，在隧道內集中鋪設電力，通信，燃氣，給水，熱力，排水等兩條或兩條以上的市政管道，實行統一規劃，設計，施工，養護。地下綜合管廊短則幾公里，長則數十公里，內部空間狹窄，且相對封閉，人工巡檢效率不高，同時也存在著許多安全隱患。

綜合管廊巡檢機器人的出現，能夠實現對綜合管廊環境、設備、安防、門禁等的不間斷監測及災害預警、處置。由于管廊內部狹長，且無GPS信號，機器人無法采用先建圖再實時定位的方式完成自動導航；另外管廊內場景重復，無論是使用激光雷達還是視覺定位，都容易出現誤匹配，導致難以獲得機器人沿管廊前進方向的準確位置。有些管廊巡檢機器人采用安裝軌道的方式，使機器人沿軌道移動，通過在軌道上加裝RFID標簽或條碼實現定位，但由于管廊狹長，安裝軌道的成本遠高于機器人本身的成本。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種用于綜合管廊巡檢的足式機器人自主導航方法及系統，能夠在不依賴GPS信號的情況下，克服重復場景帶來的絕對定位精度低的問題，實現機器人的自主導航。

在一些實施方式中，采用如下技術方案：

一種用于綜合管廊巡檢的足式機器人自主導航方法，包括：

獲取綜合管廊三維點云信息，并對三維點云信息進行預處理；

將預處理后的三維點云信息分割為N個平面，分別對N個平面求取法向量；

基于求得的法向量，采用粒子濾波算法，實時檢測管廊的延伸方向；

控制巡檢機器人沿著管廊的延伸方向運動，實現巡檢機器人的無全局地圖自主導航。

其中，基于求得的法向量，采用粒子濾波算法，實時檢測管廊的延伸方向，具體過程為：

初始化M個三維向量，將三維向量單位化；

每一個單位化后的三維向量作為一個粒子，計算粒子的權重；

選取所有粒子中權重最大的粒子，若該粒子的權重超過設定的閾值，則該粒子對應的方向即為管廊延伸方向；若該粒子的權重沒有超過設定的閾值，則管廊延伸方向存在歧義，減小綜合管廊三維點云的掃描距離，重新判定管廊延伸方向；若最大粒子權重仍未超過設定的閾值，則判定到達管廊的終點。

計算粒子權重的方法為：

其中，n_i表示每一個平面求取的法向量，i為1到N的整數；k_jn為單位化后的三維向量，p_i表示每一個平面中點云的數量。

所述設定的閾值為q為閾值系數，q∈(0,1)。

在另一些實施方式中，采用如下技術方案：

一種用于綜合管廊巡檢的足式機器人自主導航系統，包括：