一种电缆沟巡检机器人的路径跟踪方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种电缆沟巡检机器人的路径跟踪方法，本发明专利技术通过在机器人的两侧对称安装的4个激光测距仪实现对机器人当前位姿的计算，并根据计算结果调整机器人路径，同时通过图片数据实时展示机器人当前位姿和验证路径调整结果，计算过程简单，容易实现。作业人员能够直观了解机器人的当前状态，适用于封闭性地线管沟。线管沟。线管沟。

【技术实现步骤摘要】
一种电缆沟巡检机器人的路径跟踪方法及系统


[0001]本专利技术涉及机器人路径跟踪
，具体来说是一种电缆沟巡检机器人的路径跟踪方法及系统。

技术介绍

[0002]变电站的电缆沟两侧的墙壁上是布线桥架。现如今市面上的电缆沟巡检机器人大都采用磁导航、预设轨道导航以及通过视觉等，存在着系统复杂，数据处理对处理器要求高，功耗大等问题。还有的通过安装惯性测量单元来获取机器人的姿态，进而对机器人的运动作出控制，但由于惯性测量单元存在着漂移情况，并且它的结果不是直接相对于沟道环境的。
[0003]申请号为202110603928.9公开的基于多传感器数据移动机器人导航定位系统，包括机器人导航定位系统、天线系统、个体机器人定位管理系统、数据纠偏管理系统、区域机器人定位管理系统、中央定位管理系统、通讯管理系统与计算机终端管理系统，所述机器人导航定位系统连接有天线系统。本专利技术所述的基于多传感器数据移动机器人导航定位系统，设有多传感式个体机器人定位管理系统、数据纠偏管理系统与天线系统，能够方便更好的对个体进行实时导航监控，采用多组传感模块进行监测，降低误差，还可以方便更好的对位置数据进行纠偏操作，增加导航的精确度，导航定位系统的使用性能更为优异，便于进行实时传输，位置定位更加简单，带来更好的使用前景。虽然该机器人具有导航定位、纠偏功能，但是计算过程复杂，对于管沟巡检来说，造成一定程度的功能浪费。
[0004]由于电缆沟内间隔一端距离会设置一堵防火墙，为了排水，在电缆沟底壁中心开有排水沟并贯穿防火墙，如图4中排水沟位于电缆沟中心线并贯穿防火墙。为了使巡检机器人能够顺利在电缆沟中行走，申请号为2020105810231公开了一种变形机器人，该机器人变形通过排水沟，实现跨越电缆沟防火墙的封堵。针对沿电缆沟中心线行走的巡检机器人，目前还没有一项配套的路径跟踪方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于如何提供一种通过激光测距实现机器人纠偏的方法。
[0006]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
[0007]一种电缆沟巡检机器人的路径跟踪方法，在机器人的前后左右4个位置分别安装有激光测距仪，4个所述激光测距仪以机器人中心对称分布；还在机器人上安装有激光发射器；所述激光发射器向机器人行进方向发射水平激光线，所述水平激光线与机器人行进方向垂直；路径跟踪方法包括以下步骤：
[0008]步骤1、获取当前机器人行进正前方图像，图像中包括水平激光线；同时获取4个激光测距仪测得的机器人当前与电缆沟两侧壁的距离数据；
[0009]步骤2、根据4个距离数据判断机器人的中心线是否与电缆沟的中心线重合，若重
合，则保持当前位姿前行，若不重合，则执行步骤3；
[0010]步骤3、根据同侧的2个距离数据以及前后激光测距仪的距离L，计算机器人中心线与电缆沟中心线的夹角a；再由对角的两个距离数据以及a计算得出机器人中心点与电缆沟中心线的距离d，根据数据a、d、L规划机器人回归主线路径的行走路径；
[0011]步骤4、对采集的图像数据进行处理，获得水平激光线在电缆沟两侧壁的线段长度，根据线段长度判断机器人的位置，确定机器人位姿修正结果。
[0012]本专利技术通过在机器人的两侧对称安装的4个激光测距仪实现对机器人当前位姿的计算，并根据计算结果调整机器人路径，同时通过图片数据实时展示机器人当前位姿和验证路径调整结果，计算过程简单，容易实现。作业人员能够直观了解机器人的当前状态，适用于封闭性地线管沟。
[0013]进一步的，所述步骤2中根据机器人两侧距离数据是否相等来判断机器人的中心线是否与电缆沟的中心线重合。
[0014]进一步的，所述步骤3具体为：
[0015][0016][0017]其中，L为同侧前后激光测距仪中心距离，L1为前左距离数据，L2为前右距离数据，L3为后左距离数据，L4为后右距离数据，a为机器人偏角，d为机器人中心点相对电缆沟中心线的偏移距离。
[0018]进一步的，所述步骤4中图像数据处理方法具体为：
[0019]4.1使用中值滤波对图像进行滤波，消除干扰像素，并通过对图像梯度进行分析消除竖直方向处干扰激光的存在，得到所需的激光线图片；
[0020]4.2对激光线进行骨骼化处理；
[0021]4.3使用OPENCV找轮廓函数对骨骼化后的激光线进行轮廓查找获得相应像素点并标记；
[0022]4.4使用hough变换与最小二乘法相结合的方法将像素点进行直线拟合，获得激光线段在电缆沟两侧壁上的长度数据；
[0023]4.5根据步骤4.4中的长度数据从而计算出车辆在电缆沟中的位置以及偏移角度a
’
，并显示。
[0024]进一步的，若a
’
与a的差值大于设定阈值，则判定机器人出现故障，执行报修计划。
[0025]与上述方法对应的，本专利技术还提供一种电缆沟巡检机器人的路径跟踪系统，在机器人的前后左右4个位置分别安装有激光测距仪，4个所述激光测距仪以机器人中心对称分布；还在机器人上安装有激光发射器；所述激光发射器向机器人行进方向发射水平激光线，所述水平激光线与机器人行进方向垂直；系统包括以下几个模块：
[0026]数据获取模块，用以获取当前机器人行进正前方图像，图像中包括水平激光线；同时获取4个激光测距仪测得的机器人当前与电缆沟两侧壁的距离数据；
[0027]判断模块，用以根据4个距离数据判断机器人的中心线是否与电缆沟的中心线重合，若重合，则保持当前位姿前行，若不重合，则执行步骤3；
[0028]计算模块，用以根据同侧的2个距离数据以及前后激光测距仪的距离L，计算机器人中心线与电缆沟中心线的夹角a；再由对角的两个距离数据以及a计算得出机器人中心点与电缆沟中心线的距离d，根据数据a、d、L规划机器人回归主线路径的行走路径；
[0029]校验模块，用以对采集的图像数据进行处理，获得水平激光线在电缆沟两侧壁的线段长度，根据线段长度判断机器人的位置，确定机器人位姿修正结果。
[0030]进一步的，所述判断模块中根据机器人两侧距离数据是否相等来判断机器人的中心线是否与电缆沟的中心线重合。
[0031]进一步的，所述计算模块中的计算过程具体为：
[0032](1)或
[0033](2)或
[0034]其中，L为同侧前后激光测距仪中心距离，L1为前左距离数据，L2为前右距离数据，L3为后左距离数据，L4为后右距离数据，a为机器人偏角，d为机器人中心点相对电缆沟中心线的偏移距离。
[0035]进一步的，所述校验模块中图像数据处理方法具体为：
[0036]4.1使用中值滤波对图像进行滤波，消除干扰像素，并通过对图像梯度进行分析消除竖直方向处干扰激光的存在，得到所需的激光线图片；
[0037]4.2对激光线进行骨骼化处理；
[0038]4.3使用OPENCV找轮廓函数对骨骼化后的激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电缆沟巡检机器人的路径跟踪方法，其特征在于，在机器人的前后左右4个位置分别安装有激光测距仪，4个所述激光测距仪以机器人中心对称分布；还在机器人上安装有激光发射器；所述激光发射器向机器人行进方向发射水平激光线，所述水平激光线与机器人行进方向垂直；路径跟踪方法包括以下步骤：步骤1、获取当前机器人行进正前方图像，图像中包括水平激光线；同时获取4个激光测距仪测得的机器人当前与电缆沟两侧壁的距离数据；步骤2、根据4个距离数据判断机器人的中心线是否与电缆沟的中心线重合，若重合，则保持当前位姿前行，若不重合，则执行步骤3；步骤3、根据同侧的2个距离数据以及前后激光测距仪的距离L，计算机器人中心线与电缆沟中心线的夹角a；再由对角的两个距离数据以及a计算得出机器人中心点与电缆沟中心线的距离d，根据数据a、d、L规划机器人回归主线路径的行走路径；步骤4、对采集的图像数据进行处理，获得水平激光线在电缆沟两侧壁的线段长度，根据线段长度判断机器人的位置，确定机器人位姿修正结果。2.根据权利要求1所述的电缆沟巡检机器人的路径跟踪方法，其特征在于，所述步骤2中根据机器人两侧距离数据是否相等来判断机器人的中心线是否与电缆沟的中心线重合。3.根据权利要求1或2所述的电缆沟巡检机器人的路径跟踪方法，其特征在于，所述步骤3具体为：(1)或(2)或其中，L为同侧前后激光测距仪中心距离，L1为前左距离数据，L2为前右距离数据，L3为后左距离数据，L4为后右距离数据，a为机器人偏角，d为机器人中心点相对电缆沟中心线的偏移距离。4.根据权利要求1或2所述的电缆沟巡检机器人的路径跟踪方法，其特征在于，所述步骤4中图像数据处理方法具体为：4.1使用中值滤波对图像进行滤波，消除干扰像素，并通过对图像梯度进行分析消除竖直方向处干扰激光的存在，得到所需的激光线图片；4.2对激光线进行骨骼化处理；4.3使用OPENCV找轮廓函数对骨骼化后的激光线进行轮廓查找获得相应像素点并标记；4.4使用hough变换与最小二乘法相结合的方法将像素点进行直线拟合，获得激光线段在电缆沟两侧壁上的长度数据；4.5根据步骤4.4中的长度数据从而计算出车辆在电缆沟中的位置以及偏移角度a
’
，并显示。5.根据权利要求4所述的电缆沟巡检机器人的路径跟踪方法，其特征在于，若a
’
与a的差值大于设定阈值，则判定机器人出现故障，执行报修计划。6.一种电缆沟巡检机器人的路径跟踪系...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佳庆，孙韬，严波，柯艳国，谢佳，谢铖，樊培培，叶良鹏，范明豪，甄超，操松元，章彬彬，尚峰举，过羿，黄玉彪，吴永恒，刘睿，程宜风，祝现礼，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：