城轨车辆巡检机器人的综合定位导航方法技术

本发明专利技术提出一种城轨车辆巡检机器人的综合定位导航方法，属于智能定位导航领域，能解决现有定位导航方法补偿精度低、易受外界因素干扰、检修效率低的技术问题。该方法包括：(1)激光雷达检测到反光贴，比对其在地图中的实际位置与巡检机器人当前位置，对巡检机器人X、Y轴坐标进行补偿；定位相机检测列车车底特定零部件，反馈其X、Y轴坐标对巡检机器人X、Y轴坐标再次补偿；(2)根据定位相机反馈的列车车底特定零部件Z值对巡检机器人Z轴坐标进行高度补偿；二维码检测相机计算高度差，再将高度差与当前巡检点在示教时计算出的高度差进行对比，对巡检机器人Z轴坐标进行高度补偿。本发明专利技术具有定位精度高、抗干扰性强、适用范围广等特点。适用范围广等特点。适用范围广等特点。

【技术实现步骤摘要】
城轨车辆巡检机器人的综合定位导航方法


[0001]本专利技术属于智能定位导航
，尤其涉及一种城轨车辆巡检机器人的综合定位导航方法。

技术介绍

[0002]要想实现轨道交通行业巡检业务自动化、智能化，首先要解决列车定位问题。目前列车都是依靠人将列车停靠到待检轨道上，但由于人会受诸多因素影响，导致每次停车的位置会有变化，停车误差范围不超过1m。这就要求智能巡检机器人在做巡检任务前，必须对列车位置进行定位。
[0003]智能巡检机器人的运动分为两种情况，一种是对巡检机器人进行部署示教，根据车体零部件的分布位置，会对机械臂进行路径规划，巡检机器人会记录在不同巡检点下的相关参数(主要包括机械臂各轴参数、升降柱高度、二维码高度等，每个停止位置称为巡检点)；另一种是机器人按照规划好的路径进行任务执行，但受到任务执行时列车的停止位置以及车轮的磨损情况等因素的影响，使其与部署示教时的状态会有差别。但是利用智能巡检机器人进行列车定位时，仍面临着诸多问题。
[0004]例如，由于地沟股道两侧大部分都是尺寸完全相同的立柱，地沟股道最后10m左右的距离，两边全部是墙体，几乎没有明显特征(即现场环境高度相似)，导致巡检机器人无法实现高精度无轨导航定位。将巡检机器人前进方向设为X轴，地沟股道内侧方向设为Y轴(即垂直于巡检机器人前进方向)。如果巡检机器人在X,Y方向上无法精度定位，就会导致巡检作业时所拍照的车体零部件姿态和部署示教时所拍的物体姿态有较大区别，甚至导致零部件不在相机视野范围之内，这样就造成视觉算法无法对图像进行有效处理。目前，对于定位不准确导致的X轴和Y轴误差，最常见的技术解决方案是加大相机的视野范围能够让车体零部件尽可能出现在相机视野中间，同时提高视觉算法的兼容性。但是这种解决方案并不能保证所有需要检测的车体零部件都能处在相机视野中。此外，视觉图像处理算法很难对车体零部件的多种姿态进行有效处理，无法根据照片数据得到车体零部件的真实状态。同时，算法复杂也造成图像处理时间变长，严重影响检修效率。
[0005]为了方便地沟排水，地铁检修库地沟股道设计时就高低不平，有起伏变化。导致地沟股道地面不在同一个水平面上，目前测得整条地沟股道地面最大高度差可达10cm；地铁车辆在正线上运行一段时间后，轮子会发生一定程度上的磨损导致列车的整体高度会下降，新车和旧车之间整体高度差最大可达到2～3cm；此外，列车在维修之后也会造成列车的高度发生变化；如果还是按照最初部署示教时的机械臂高度进行巡检作业，高度方向的精度不能达到使用要求。列车高度的下降，极大增加了机械臂在巡检过程中碰到车底零部件的风险。所以要求巡检机器人在巡检过程中，对高度(巡检机器人Z轴方向)进行实时补偿。目前，对于Z轴高度补偿最常见的技术解决方案是重新铺设地沟股道地面，来保证地面的平整度。这就会对地沟股道进行动土作业，虽然保证地面的平整度，但是导致地沟无法顺利排水；另外一种解决方案是通过激光测距传感器，得到传感器与待检修车辆车底某一零部件
间的高度，实际作业时测得的高度值与部署示教时测得的高度值进行对比，得到高度差。然后在对Z轴高度补偿。但目前常见激光测距传感器测量精度较低，对于测量的物体也存在漏检和误检的情况，更关键是只能对少数几个巡检点的Z轴高度补偿，无法做到对所有巡检点进行补偿。通过分析上述方法可知，现有的方法无法仍不能简单、高效的解决巡检机器人对列车进行精准定位的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有的巡检机器人定位导航方法存在补偿精度低、易受外界因素干扰、耗时长、检修效率低等的技术问题，提出一种新的城轨车辆巡检机器人的综合定位导航方法，该方法不仅具有定位精度高、检修效率高、抗干扰性强、适用范围广等特点，而且无需重新铺设地面，降低成本。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]城轨车辆巡检机器人的综合定位导航方法，包括以下步骤：
[0009]以所述巡检机器人为坐标原点，巡检机器人前进方向为X轴，地沟股道内侧方向为Y轴，巡检器机器人高度方向为Z轴，建立空间坐标系；
[0010]在地沟股道不同位置无规则粘贴若干反光贴，在地沟股道内部单侧粘贴二维码；
[0011]所述巡检机器人按照地图中的规划路径，在地沟股道前端开始行走；
[0012]当巡检机器人的激光雷达检测到所述反光贴时，通过比对检测到的反光贴在地图中的实际位置与巡检机器人的当前位置，对巡检机器人X、Y轴坐标进行补偿，补偿后继续按照规划路径行走，直至巡检机器人走完所有巡检点；
[0013]当巡检机器人的定位相机检测到列车车底特定零部件时，定位相机根据图像提供的2D信息，反馈列车车底特定零部件的X、Y轴坐标并对巡检机器人X、Y轴坐标进行再次补偿，实现巡检机器人的初步定位；
[0014]根据所述定位相机反馈的列车车底特定零部件Z值对巡检机器人Z轴坐标进行高度补偿，补偿后继续按照规划路径行走；
[0015]当行走至巡检点时，巡检机器人的二维码检测相机计算其与所述二维码之间的高度差，再将所述高度差与当前巡检点在部署示教时计算出的高度差进行对比，对巡检机器人在Z轴坐标进行高度补偿，直至巡检机器人走完所有巡检点。
[0016]在一实施方式中，所述巡检机器人的行走运动分为以下两种情况：
[0017]部署示教：对巡检机器人进行部署示教，根据车体零部件的分布位置，对机械臂规划路径，巡检机器人记录在不同巡检点下的相关参数；
[0018]任务执行：巡检机器人按照所述规划路径任务执行，在实际任务执行时，巡检机器人记录在不同巡检点下的相关参数；
[0019]其中，所述相关参数包括机械臂各轴参数、升降柱高度、二维码高度、巡检机器人位置参数。
[0020]在一实施方式中，对巡检机器人Z轴坐标进行高度补偿分为以下三种情况：当车轮发生磨损，但停车位置未发生变化时、当车轮未发生磨损，但列车停车位置发生变化时以及当车轮发生磨损，列车停车位置也发生变化时；
[0021]针对上述三种情况，将列车车底特定零部件记为A点，巡检机器人前后两端的激光
雷达分别记为B、D点，定位相机的安装位置记为C点，巡检机器人的中心记为E点，二维码检测相机的中心记为F点，二维码的粘贴位置记为G点；
[0022]Z
a
表示列车车轮直径，为变化值；Z
b
表示升降柱末端距离列车车底特定零部件的高度值，需将该值保持为固定值；Z
c
表示定位相机距离列车车底特定零部件的高度值，通过定位相机对所述特定零部件拍照计算出距离值，为变化值；Z
d
表示升降柱末端距离机器人中心的高度值，为变化值，升降柱安装于所述巡检机器人上，升降柱高度可以调整；Z
e
表示定位相机距离巡检机器人中心的高度值，为固定值；Z
f
表示二维码检测相机距离巡检机器人中心的高度值，为固定值；Z
g
表示二维码检测相机距离二维码的高度值，为变化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.城轨车辆巡检机器人的综合定位导航方法，其特征在于，包括以下步骤：以所述巡检机器人为坐标原点，巡检机器人前进方向为X轴，地沟股道内侧方向为Y轴，巡检器机器人高度方向为Z轴，建立空间坐标系；在地沟股道不同位置无规则粘贴若干反光贴，在地沟股道内部单侧粘贴二维码；所述巡检机器人按照地图中的规划路径，在地沟股道前端开始行走；当巡检机器人上的激光雷达检测到所述反光贴时，通过比对检测到的反光贴在地图中的实际位置与巡检机器人的当前位置，对巡检机器人X、Y轴坐标进行补偿，补偿后继续按照规划路径行走，直至巡检机器人走完所有巡检点；当巡检机器人的定位相机检测到列车车底特定零部件时，定位相机根据图像提供的2D信息，反馈列车车底特定零部件的X、Y轴坐标并对巡检机器人X、Y轴坐标进行再次补偿，实现巡检机器人的初步定位；根据所述定位相机反馈的列车车底特定零部件Z值对巡检机器人Z轴坐标进行高度补偿，补偿后继续按照规划路径行走；当行走至巡检点时，巡检机器人的二维码检测相机计算其与所述二维码之间的高度差，再将所述高度差与当前巡检点在部署示教时计算出的高度差进行对比，对巡检机器人在Z轴坐标进行高度补偿，直至巡检机器人走完所有巡检点。2.根据权利要求1所述的城轨车辆巡检机器人的综合定位导航方法，其特征在于，所述巡检机器人的行走运动分为以下两种情况：部署示教：对巡检机器人进行部署示教，根据车体零部件的分布位置，对机械臂规划路径，巡检机器人记录在不同巡检点下的相关参数；任务执行：巡检机器人按照所述规划路径任务执行，在实际任务执行时，巡检机器人记录在不同巡检点下的相关参数；其中，所述相关参数包括机械臂各轴参数、升降柱高度、二维码高度、巡检机器人位置参数。3.根据权利要求2所述的城轨车辆巡检机器人的综合定位导航方法，其特征在于，对巡检机器人Z轴坐标进行高度补偿分为以下三种情况：当车轮发生磨损，但停车位置未发生变化时、当车轮未发生磨损，但列车停车位置发生变化时以及当车轮发生磨损，列车停车位置也发生变化时；针对上述三种情况，将列车车底特定零部件记为A点，巡检机器人前后两端的激光雷达分别记为B、D点，定位相机的安装位置记为C点，巡检机器人的中心记为E点，二维码检测相机的中心记为F点，二维码的粘贴位置记为G点；Z
a
表示列车车轮直径，为变化值；Z
b
表示升降柱末端距离列车车底特定零部件的高度值，需将该值保持为固定值；Z
c
表示定位相机距离列车车底特定零部件的高度值，通过定位相机对所述特定零部件拍照计算出距离值，为变化值；Z
d
表示升降柱末端距离机器人中心的高度值，为变化值，升降柱安装于所述巡检机器人上，升降柱高度可以调整；Z
e
表示定位相机距离巡检机器人中心的高度值，为固定值；Z
f
表示二维码检测相机距离巡检机器人中心的高度值，为固定值；Z
g
表示二维码检测相机距离二维码的高度值，为变化值；Z
h
表示二维码距离列车车底特定零部件的高度值，为变化值；Z
i
代表二维码距离轨道平面的高度值，为固定值。
4.根据权利要求3所述的城轨车辆巡检机器人的综合定位导航方法，其特征在于，当车轮发生磨损，但停车位置未发生变化时，采用以下方法对巡检机器人Z轴坐标进行高度补偿：由于车轮磨损造成的高度误差，部署示教时，Z
b
+Z
d
＝Z
c
+Z
e
(1)；巡检机器人按照所述规划路径进行任务执行时，Z
b
+Z'
d
＝Z'
c
+Z
e
(2)，其中，Z
e
是固定值，Z
b

【专利技术属性】
技术研发人员：庄国军，朱将勇，李翔，翟文超，张桐，赵晓东，陈密杰，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：