多悬垂管道场景下作业机器人自主定位方法及其定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多悬垂管道场景下作业机器人自主定位方法及其系统，定位方法包括获取网格图像及待作业悬垂管道位于网格图像中的投影坐标；控制作业机器人采用直向运动及平向运动沿激光网格的激光线向着投影坐标移动；采用作业机器人尾部相机和侧方相机采集实时图像，并提取实时图像中的激光线数目；当作业机器人为直向运动或平向运动时，侧方相机和尾部相机采集的图像满足预设条件或设定条件时，将作业机器人在直向运动或平向运动方向的网格顶点数累计一次；判断投影坐标是否等于与其对应的直向运动方向和平向运动方向的网格顶点数；若至少一个不等于，则控制作业机器人向相应方向运动，直至均相等；若均相等，则作业机器人已运动至投影坐标处。

【技术实现步骤摘要】
多悬垂管道场景下作业机器人自主定位方法及其定位系统
本专利技术涉及计算机视觉和机器人自动控制领域，具体涉及多悬垂管道场景下作业机器人自主定位方法及其定位系统。
技术介绍
近年来，随着智能化与自动化的发展，移动智能机器人在生产制造、物流运输以及工业检测等领域发挥着越来越重要的作用，对移动机器人自动定位技术的研究也成为了当前机器人研究领域的热点话题之一，针对不同的应用场景，现有的机器人自主定位及导航主要通过二维码标记、磁条导轨、激光、摄像机等创建或获取场景中用于地图建立及导航的特征信息，并根据此特征信息确定机器人对应于场景中的位置。对于在无可利用于定位及导航的特征的场景中，且其顶部按一定规律悬垂分布有多根管道的，机器人对其中的管道进行自主作业，首要工作便是机器人能准确到达管道正下方，且其作业设备中心线与管道中心线在同一直线上，即良好对接。由于此类工作环境中包含的特征信息较少，难以通过提取特征的方法实现对机器人的定位，因此通常使用人工标记物辅助机器人进行定位。针对此任务需求，现有方法通常采用两种技术方案：一是在管道正下方放置二维码，通过机器人承载相机通过逐二维码扫描的方法完成机器人场景定位及导航，此方法存在二维码易磨损，由于二维码本身相对较宽引起定位精度略差等问题；二是在场景中放置RFID射频识别标签，机器人通过接收到的射频信号的强度与相位等完成场景定位及自主导航，但此方法同样存在易受电磁干扰，铺设复杂，定位精度较差等多种问题。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的多悬垂管道场景下作业机器人自主定位方法及其定位系统通过将悬垂管道的中心投影至激光网格上，通过激光网格引导作业机器人相对待作业悬垂管道的自主定位。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：第一方面，提供一种多悬垂管道场景下作业机器人自主定位方法，其包括：获取多悬垂管道场景中悬垂管道中心投影至网格激光器的网格交叉点上的网格图像；选取网格图像中任一点作为作业机器人运动的参考点，并根据所述参考点获取待作业悬垂管道投影位置在激光网格中的投影坐标；当作业机器人移动至参考点时，控制作业机器人采用直向运动及平向运动方式沿着激光网格的激光线向着投影坐标移动；采用作业机器人尾部相机和侧方相机采集实时图像，并提取实时图像中的激光线数目；当作业机器人为直向运动，且作业机器人侧方相机和尾部相机采集的图像满足预设条件时，则将作业机器人在直向运动方向的网格顶点数累计一次；当作业机器人为平向运动，且作业机器人侧方相机和尾部相机采集的图像满足设定条件时，则将作业机器人在平向运动方向的网格顶点数累计一次；判断投影坐标在直向运动方向和平动运行方向的坐标值是否等于与其对应的直向运动方向和平向运动方向的网格顶点数；若至少一个不等于，则控制作业机器人向相应方向运动，直至坐标值均与其对应的网格顶点数相等；若均等于，则作业机器人已运动至投影坐标处。进一步地，作业机器人底部安装的滚轮为麦克纳姆轮，直向运动为沿着麦克纳姆轮的径向运动，平向运动为沿着麦克纳姆轮的轴向运动。进一步地，预设条件为保持直向运动所沿的激光线位于尾部相机的视野中央且尾部相机实时图像中位于作业机器人运动方向垂直方向的激光线数目增加或减少一条，且侧方相机的实时图像中与作业机器人运动方向垂直的方向存在激光线处于侧方相机的视野中央；设定条件为保持平向移动所沿的激光线位于侧方相机的视野中央且侧方相机的实时图像中与作业机器人运动方向垂直的激光线数目增加或减少一条，且尾部相机的实时图像中与作业机器人运动方向垂直的方向存在激光线处于尾部相机的视野中央。进一步地，当作业机器人已运动至投影坐标处时，还包括：采用作业机器人顶部相机获取待作业悬垂管道所在范围内的仰视图像；将仰视图像与存储的基准模板进行比对，通过模板匹配方法判断仰视图像中的待测悬垂管道中心与基准模板的管道中心之间的差异是否小于设定偏差；若大于等于，则控制作业机器人根据所述差异移动，直至两者之间的差异小于设定偏差；若小于，则作业机器人的探测杆已位于待作业悬垂管道正下方。进一步地，当待测悬垂管道中心与基准模板的管道中心不相等时，采用作业机器人根据空间位移偏差移动后的位置坐标更新存储的对应管道的地标点位置。进一步地，参考点为网格图像中使作业机器人不遮挡直向方向和平动方向的第一条激光线时作业机器人中心所处的网格顶点。进一步地，作业机器人移动至参考点时的操作方法包括：作业机器人上正交安装的尾部相机和侧方相机分别获取平行于其视野的图像信息；提取图像信息中平行于相应尾部相机/侧方相机视野中的激光线数目，并将激光线数目与参照点位置处尾部相机和侧方相机采集的激光线数目进行比较；计算出两者激光线数目差异，并根据相邻两条激光线之间的间距得到作业机器人与参考点的相对位移；以及根据相对位移，控制作业机器人移动至参考点位置处。进一步地，当多悬垂管道场景中存在多根待作业悬垂管道时，作业机器人的运动轨迹为：作业机器人沿着同一根网格线运动，直至同一网格线上的所有网格节点已遍历，在不转向时，采用曼哈顿式距离平动至下一行网格线上的第一个网格顶点。第二方面，提供一种多悬垂管道场景下作业机器人自主定位系统，其包括作业机器人和网格激光器，网格激光器安装于多悬垂管道场景分布区域的中央位置，网格激光器的激光发射孔所在平面与悬垂管道端面高度相等或低于悬垂管道端面；作业机器人包括安装平台，安装平台上安装有麦克纳姆轮，安装平台的后端设置有采集其后方视野中图像信息的尾部相机，安装平台侧面安装有采集其侧方视野中图像信息的侧方相机；安装平台远离尾部相机的一侧设置有长度可调的探测杆，探测杆的顶端设置有顶部相机和光源；尾部相机、侧方相机、顶部相机、光源和探测杆均与控制单元连接。与现有的多悬垂管道定位方法相比，本专利技术的有益效果为：本方案通过安装于多悬垂管道场景中的网格激光器，将悬垂管道的投影投射在激光网格的网格交叉点上，在对作业机器人与待作业管道的定位时，可以在得知待作业管道在网格图像中的投影坐标情况下，通过作业机器人的尾部相机与侧方相机采集的实时图像控制作业机器人运动至投影坐标处，而实现作业机器人与待测悬垂管道的定位。将作业机器人的滚轮设置呈麦克纳姆轮，其可以实现全方位移动，采用其后，在作业机器人从一条激光网格线运动至另一条与其平行的激光网格线时可以采用平动的方式，即作业机器人沿着麦克纳姆轮轴向运动，不需要转向，可以大幅度降低定位过程的误差。附图说明图1为多悬垂管道场景下作业机器人自主定位方法的流程图。图2为作业机器人的结构示意图。图3为网格激光器的安装示意图。图4为对所有待作业悬垂管道进行遍历时的作业机器人定位路径。图5为对某根特定待作业悬垂管道作业时的作业机器人定位路径。其中，1、安装平台；2、尾部相机；3、侧方相机；4、探测杆；5、光源；6、顶部相机；7、网格激光器；8、悬垂管道。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。参考图1，图1示出了多悬垂管道场景下作业机器人自主定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多悬垂管道场景下作业机器人自主定位方法，其特征在于，包括：获取多悬垂管道场景中悬垂管道中心投影至网格激光器的网格交叉点上的网格图像；选取网格图像中任一点作为作业机器人运动的参考点，并根据所述参考点获取待作业悬垂管道投影位置在激光网格中的投影坐标；当作业机器人移动至参考点时，控制作业机器人采用直向运动及平向运动方式沿着激光网格的激光线向着投影坐标移动；采用作业机器人尾部相机和侧方相机采集实时图像，并提取实时图像中的激光线数目；当作业机器人为直向运动，且作业机器人侧方相机和尾部相机采集的图像满足预设条件时，则将作业机器人在直向运动方向的网格顶点数累计一次；当作业机器人为平向运动，且作业机器人侧方相机和尾部相机采集的图像满足设定条件时，则将作业机器人在平向运动方向的网格顶点数累计一次；判断投影坐标在直向运动方向和平动运行方向的坐标值是否等于与其对应的直向运动方向和平向运动方向的网格顶点数；若至少一个不等于，则控制作业机器人向相应方向运动，直至坐标值均与其对应的网格顶点数相等；若均等于，则作业机器人已运动至投影坐标处。

【技术特征摘要】
1.多悬垂管道场景下作业机器人自主定位方法，其特征在于，包括：获取多悬垂管道场景中悬垂管道中心投影至网格激光器的网格交叉点上的网格图像；选取网格图像中任一点作为作业机器人运动的参考点，并根据所述参考点获取待作业悬垂管道投影位置在激光网格中的投影坐标；当作业机器人移动至参考点时，控制作业机器人采用直向运动及平向运动方式沿着激光网格的激光线向着投影坐标移动；采用作业机器人尾部相机和侧方相机采集实时图像，并提取实时图像中的激光线数目；当作业机器人为直向运动，且作业机器人侧方相机和尾部相机采集的图像满足预设条件时，则将作业机器人在直向运动方向的网格顶点数累计一次；当作业机器人为平向运动，且作业机器人侧方相机和尾部相机采集的图像满足设定条件时，则将作业机器人在平向运动方向的网格顶点数累计一次；判断投影坐标在直向运动方向和平动运行方向的坐标值是否等于与其对应的直向运动方向和平向运动方向的网格顶点数；若至少一个不等于，则控制作业机器人向相应方向运动，直至坐标值均与其对应的网格顶点数相等；若均等于，则作业机器人已运动至投影坐标处。2.根据权利要求1所述的多悬垂管道场景下作业机器人自主定位方法，其特征在于，所述作业机器人底部安装的滚轮为麦克纳姆轮，所述直向运动为沿着麦克纳姆轮的径向运动，所述平向运动为沿着麦克纳姆轮的轴向运动。3.根据权利要求1或2所述的多悬垂管道场景下作业机器人自主定位方法，其特征在于，所述预设条件为保持直向运动所沿的激光线位于尾部相机的视野中央且尾部相机实时图像中位于作业机器人运动方向垂直方向的激光线数目增加或减少一条，及侧方相机的实时图像中与作业机器人运动方向垂直的方向存在激光线处于侧方相机的视野中央；所述设定条件为保持平向移动所沿的激光线位于侧方相机的视野中央且侧方相机的实时图像中与作业机器人运动方向垂直的激光线数目增加或减少一条，及尾部相机的实时图像中与作业机器人运动方向垂直的方向存在激光线处于尾部相机的视野中央。4.根据权利要求3所述的多悬垂管道场景下作业机器人自主定位方法，其特征在于，当作业机器人已运动至投影坐标处时，还包括：采用作业机器人顶部相机获取待作业悬垂管道所在范围内的仰视图像；将仰视图像与存储的基准模板进行比对，通过模板匹配方法判断仰视图像中的待测悬...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂华，邓鑫，徐锋，张华，邓豪，龙惠民，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51