一种变电站巡检机器人位姿误差计算方法技术

本发明专利技术公开了一种变电站巡检机器人位姿误差计算方法，涉及电站运维技术领域，包括建立巡检机器人位姿计算模型；计算巡检机器人位姿误差；对巡检机器人进行重新定位，对所述巡检机器人位姿误差进行补偿，将所述巡检机器人导航到预定巡检点。能够对变电站巡检机器人每次在预设的停留位置与实际的停留位置的导航误差进行计算，并根据计算结果对变电站巡检机器人的当前位置进行校准，使巡检机器人到达标定停靠点并以标定的云台角度拍摄巡检图像，避免巡检机器人，沿着预定的巡检路线在各个巡检点上停留是，导航误差会逐渐累积，导致预先标定的目标检测图像和实际检测图像之间的像素偏差将线性增加。偏差将线性增加。偏差将线性增加。

【技术实现步骤摘要】
一种变电站巡检机器人位姿误差计算方法


[0001]本专利技术涉及电站运维
，尤其涉及一种变电站巡检机器人位姿误差计算方法。

技术介绍

[0002]随着机器人技术的快速发展，智能变电站巡检机器人的应用越来越广泛。变电站也在使用巡检机器人在替代人工巡检，由于变电站环境的特殊性，机器人在替代人工巡检时，需要利用红外热成像仪对设备温度进行采集，同时利用可见光摄像头对仪表、干燥剂等设备状态进行识别，并且机器人完成巡检任务后需要返回充电房，对巡检机器人重复定位精度与准确性要求非常高。
[0003]目前，变电站巡检机器人一般采用LIDAR或视觉模拟定位和绘图(SLAM)导航技术在室外场景进行导航，通过将导航软件嵌入到巡检机器人的板载计算机中，但是由于导航精度的限制，变电站巡检机器人每次在预设的停留位置与实际的停留位置有从厘米到分米不等的误差，也就是导航误差，会导致巡检机器人难以到达标定停靠点并以标定的云台角度拍摄巡检图像，摄像机实际的位姿与预定位姿出现误差，导致摄像机拍摄的检测图像出现模糊和不完整，随着巡检机器人，沿着预定的巡检路线在各个巡检点上停留，巡检机器人的导航误差会逐渐累积，预先标定的目标检测图像和实际检测图像之间的像素偏差将线性增加，甚至实际检测图像超出了摄像机的视角。

技术实现思路

[0004]为了弥补现有技术缺陷，本专利技术的目的是提供一种变电站巡检机器人位姿误差计算方法，能够对变电站巡检机器人每次在预设的停留位置与实际的停留位置的导航误差进行计算，并根据计算结果对变电站巡检机器人的当前位置进行校准，使巡检机器人到达标定停靠点并以标定的云台角度拍摄巡检图像，避免巡检机器人，沿着预定的巡检路线在各个巡检点上停留是，导航误差会逐渐累积，导致预先标定的目标检测图像和实际检测图像之间的像素偏差将线性增加。
[0005]本专利技术提供如下技术方案：建立巡检机器人位姿计算模型；基于所述巡检机器人位姿计算模型，计算巡检机器人当前所在巡检点与预定巡检点之间的位姿误差；对巡检机器人进行重新定位，对所述巡检机器人位姿误差进行补偿，将所述巡检机器人导航到预定巡检点。
[0006]作为本专利技术所述的变电站巡检机器人位姿误差计算方法的一种优选方案，其中：获取变电站三维模型地图，并预先在所述变电站三维模型地图标定巡检路线，同时标定所述巡检路线上的巡检点，并标定各个所述巡检点上巡检机器人云台的位姿和摄像机的位姿。
[0007]作为本专利技术所述的变电站巡检机器人位姿误差计算方法的一种优选方案，其中：所述巡检机器人位姿计算模型包括：
[0008]将巡检机器人的位姿用一个4
×
4矩阵表示，其计算表达式为：
[0009][0010]其中，p表示巡检机器人的位姿，SE(3)表示特殊的欧几里得群，R∈R3
×
3表示正交旋转矩阵，t∈R3
×
1表示平移矢量矩阵也就是平移向量，为了方便起见，我们用一个两元组(R，t)来等价表示巡检机器人的位姿p；
[0011]并将Tij＝(Rij，tij)表示从Pi到Pj的变换，即Pj＝TijP
i
，也就是巡检机器人的位姿p从i点到j点，在一个平面坐标系中其所在坐标的变换。
[0012]作为本专利技术所述的变电站巡检机器人位姿误差计算方法的一种优选方案，其中：在拍摄状态下，巡检机器人当前的底盘位姿和底盘的位移误差向量t
h
的表达式为：
[0013][0014]其中，表示当前的底盘位姿，也就是巡检机器人目前的位姿，P
h
表示底盘在上一的巡检点的底盘位姿，t
h
表示底盘的位移误差向量，也就是巡检机器人从上一个巡检点到下一个预定的巡检点之间的位移与实际到达的下一个预定的巡检点误差向量。
[0015]作为本专利技术所述的变电站巡检机器人位姿误差计算方法的一种优选方案，其中：在变电站三维模型地图中，以巡检机器人的位置为坐标系，其中巡检机器人(t
hx
，t
hy
，t
hz
)分别为所在位置的X轴、Y轴和Z轴的坐标参数，则巡检机器人位姿误差的向量t
h
＝(t
hx
，t
hy
，t
hz
)
T
。
[0016]作为本专利技术所述的变电站巡检机器人位姿误差计算方法的一种优选方案，其中：将摄像机预定的位置看做一个在变电站三维模型中的三维点X
c
，X
c
的三维坐标就为X
c
＝(X
c
，Y
c
，Z
c
)，对应于摄像机三维模型中的X
c
，其计算表达式为：
[0017][0018]其中，表示摄像头预定位置的位姿，表示摄像头实际位置的位姿，而三维点实际的位置的误差向量为所述巡检机器人工作时包括校准状态和拍摄状态，校准状态下摄像机位姿Pc和拍摄状态下的摄像机位姿的计算表达式为：
[0019][0020][0021]然后，摄像机位姿Pc的误差Tc的计算表达式为：
[0022][0023][0024]然后，巡检机器人底盘位姿平移向量t
h
的表达式为：
[0025][0026]其中，th表示底盘的位移误差向量，Pc表示校准状态下摄像机位姿，表示拍摄状态下的摄像机位姿，P
p
表示云台位姿、P
h
表示校准状态下底盘位姿，T
hp
表示校准状态下巡检机器人的位姿变换矩阵，并且T
hp
＝(1，t
hp
)和T
pc
＝(1，t
pc
)，其中t
hp
和t
pc
表示巡检机器人在巡检点的位置参数，R
x
R
y
表示标准状态下的正交矩阵，分别对应于摄像机位姿P
c
的俯仰角θx和旋转角θy，表示拍摄状态下的摄像机在调节前的位资，Tc表示摄像机位姿Pc的误差，为拍摄状态下的正交矩阵，分别对应拍摄状态下位姿的俯仰角θx和旋转角θy，R
cx
R
cy
表示摄像机对应预定拍摄画面的俯仰角度和旋转角度误差的正交矩阵，t
hp
和t
pc
表示巡检机器人在巡检点的位置参数，表示拍摄状态下的底盘位姿，表示拍摄状态下巡检机器人的位姿变换矩阵，表示当前摄像机位姿的向量，也就是当前摄像机位姿P
c
的俯仰角θx和旋转角θy的向量，t
c
＝(t
cx
，t
cy
，t
cz
)
T
是摄像机的位移误差向量，(t
cx
，t
cy
，t
cz
)分别为变电站三维模型中的以摄像机为坐标系，其中摄像机所在位置的X轴、Y本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变电站巡检机器人位姿误差计算方法，其特征在于，包括：建立巡检机器人位姿计算模型；基于所述巡检机器人位姿计算模型，计算巡检机器人当前所在巡检点与预定巡检点之间的位姿误差；对巡检机器人进行重新定位，对所述巡检机器人位姿误差进行补偿，将所述巡检机器人导航到预定巡检点。2.如权利要求1所述的变电站巡检机器人位姿误差计算方法，其特征在于：获取变电站三维模型地图，并预先在所述变电站三维模型地图标定巡检路线，同时标定所述巡检路线上的巡检点，并标定各个所述巡检点上巡检机器人云台的位姿和摄像机的位姿。3.如权利要求1所述的变电站巡检机器人位姿误差计算方法，其特征在于：所述巡检机器人位姿计算模型包括：将巡检机器人的位姿用一个4
×
4矩阵表示，其计算表达式为：其中，p表示巡检机器人的位姿，SE(3)表示特殊的欧几里得群，R∈R3
×
3表示正交旋转矩阵，t∈R3
×
1表示平移矢量矩阵也就是平移向量，为了方便起见，我们用一个两元组(R，t)来等价表示巡检机器人的位姿p；并将Tij＝(Rij，tij)表示从Pi到Pj的变换，即Pj＝TijP
i
，也就是巡检机器人的位姿p从i点到j点，在一个平面坐标系中其所在坐标的变换。4.如权利要求3所述的变电站巡检机器人位姿误差计算方法，其特征在于：在拍摄状态下，巡检机器人当前的底盘位姿和底盘的位移误差向量t
h
的表达式为：其中，表示当前的底盘位姿，也就是巡检机器人目前的位姿，P
h
表示底盘在上一的巡检点的底盘位姿，t
h
表示底盘的位移误差向量，也就是巡检机器人从上一个巡检点到下一个预定的巡检点之间的位移与实际到达的下一个预定的巡检点误差向量。5.如权利要求4所述的变电站巡检机器人位姿误差计算方法，其特征在于：在变电站三维模型地图中，以巡检机器人的位置为坐标系，其中巡检机器人(t
hx
，t
hy
，t
hz
)分别为所在位置的X轴、Y轴和Z轴的坐标参数，则巡检机器人位姿误差的向量t
h
＝(t
hx
，t
hy
，t
hz
)
T
。6.如权利要求5所述的变电站巡检机器人位姿误差计算方法，其特征在于：将摄像机预定的位置看做一个在变电站三维模型中的三维点X
c
，X
c
的三维坐标就为X
c
＝(X
c
，Y
c
，Z
c
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚东，严英杰，姜骞，江秀臣，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：