【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下管廊巡检领域，更具体地说，涉及一种地下管廊巡检机器人及其控制方法。
技术介绍
1、巡检机器人是为解决传统人工巡检效率低、危险系数高、实时性差等问题而设计的巡检装置。应用于地下管廊这一场景中，需要具备高精度定位巡航能力以及全面且精准的数据采集能力。目前已有的方案，在定位巡航方面，大多通过架设导轨来实现，这避免了机器人行进过程中遇到障碍物难以躲避的问题，然而，在管廊长度日益增长、管廊布局日益错综复杂的变化下，架设导轨将带来巨大的成本支出，还将极大地限制巡检机器人的机动性与灵活性。在数据采集方面，目前已有的方案，巡检机器人仅能够采集数据，对于事故类型的判断仍依赖人工，效率低且无法避免人为判断的失误。因此，现有技术中，地下管廊巡检机器人导轨成本高、机动性差、缺乏数据分析判断能力。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种地下管廊巡检机器人及其控制方法，能低成本地提高巡检和问题排查效率、提升机器人自主决策能力、适应不同布局的地下管廊。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种地下管廊巡检机器人，包括：主控制器、行动单元、超宽带uwb定位模块、三维激光雷达、双目深度摄像头、惯性测量单元imu、声发射传感器、气体传感器、红外摄像头、电源模块；主控制器，分别与行动单元、超宽带uwb定位模块、三维激光雷达、双目深度摄像头、惯性测量单元imu、声发射传感器、气体传感器、红外摄像头、电源模块进行电连接，主控制器与预设超宽带uwb基站进行无线连接；行动单
3、进一步地，上述的地下管廊巡检机器人的主控制器，配置为，进行图像处理和边缘计算，对行动单元、超宽带uwb定位模块、三维激光雷达、双目深度摄像头、惯性测量单元imu、声发射传感器、气体传感器、红外摄像头、电源模块进行控制；主控制器，集成电源管理芯片，电源管理芯片提供多电压输出，用于向超宽带uwb定位模块、三维激光雷达、双目深度摄像头、惯性测量单元imu、声发射传感器、气体传感器、红外摄像头供电。
4、进一步地，上述的地下管廊巡检机器人的行动单元，配置为，按预设路线行驶，在预设多个检测点停留作业，在运行过程中接收主控制器传输的行动指令信号，将行动指令信号转换为电机驱动信号，从而控制各麦克纳姆轮的转速，实现地下管廊巡检机器人的行进。
5、进一步地，上述的地下管廊巡检机器人的惯性测量单元imu，包括3个正交方向的陀螺仪和3个正交方向的加速度计；陀螺仪，配置为，通过陀螺仪中高速旋转的转子测量三个正交方向上的角速度，进而获取地下管廊巡检机器人的姿态信息；加速度计内部设置有质量块、压电材料，加速度计，配置为，当加速度计的速度发生变化时，质量块对压电材料进行压缩或拉伸，压电材料产生加速度信号，进而获得三个正交方向上的加速度信息，最终获取地下管廊巡检机器人的位移距离信息。
6、进一步地，上述的地下管廊巡检机器人的三维激光雷达向四周发射激光束，同时接收反射的激光信号，三维激光雷达设置有激光雷达处理器，激光雷达处理器对接收反射的激光信号进行处理分析，通过激光束的运动时间、方位和地下管廊巡检机器人的位置确定障碍物相对地下管廊巡检机器人的距离和方位，进而生成三维点云数据，实现对障碍物的辨别，为路径规划提供参考。
7、本专利技术提供一种地下管廊巡检机器人控制方法，用于控制上述的地下管廊巡检机器人，包括：s1：根据超宽带uwb定位模块、双目深度摄像头、惯性测量单元imu传输的信息，得到地下管廊巡检机器人的定位信息；s2：根据三维激光雷达和地下管廊巡检机器人的定位信息，得到管廊地图信息；s3：根据地下管廊巡检机器人的定位信息和管廊地图信息，控制行动单元沿管廊进行巡检；s4：根据声发射传感器，获取地下管廊中气体运输管道的气体泄漏信息；s5：根据气体传感器，获取地下管廊中泄露气体的类型信息；s6：根据红外摄像头，获取地下管廊中热力管道的泄露信息；s7：根据地下管廊巡检机器人的定位信息和管廊地图信息、地下管廊中气体运输管道的气体泄漏信息、地下管廊中泄露气体的类型信息、地下管廊中热力管道的泄露信息，向预设终端发送报警信息。
8、进一步地，上述的地下管廊巡检机器人控制方法的步骤s1包括：s11：利用双目深度摄像头获取目标物视频，根据目标物视频得到预设数量帧数的目标物图片，初始化第一帧图片，得到第一fast特征点；s12：根据目标物图片的第二帧图片，对第一fast特征点进行跟踪，利用光流追踪lk算法处理、对极几何约束处理和两点随机抽样一致法，剔除第二帧图片的左右目图片中误匹配特征点以及超出图像边界的特征点，得到第二fast特征点；s13：根据目标物图片的第三帧图片，对第二fast特征点进行跟踪处理，利用光流追踪lk算法处理、对极几何约束处理和两点随机抽样一致法，剔除第三帧图片的左右目图片中误匹配特征点以及超出图像边界的特征点，如果第三帧图片出现新的特征点，则加入新的特征点，得到第三fast特征点；针对后续帧的图片，不断重复跟踪处理，得到实时特征点坐标；s14：根据惯性测量单元imu传输的信息和实时特征点坐标，进行扩展卡尔曼滤波，得到双目深度摄像头当前位姿的最优估计值；s15：获取超宽带uwb定位模块传输的信息，将双目深度摄像头当前位姿的最优估计值与超宽带uwb定位模块传输的信息进行融合，得到地下管廊巡检机器人的定位信息。
9、进一步地，上述的地下管廊巡检机器人控制方法的步骤s11包括：利用双目深度摄像头获取目标物视频，根据目标物视频得到预设数量帧数的目标物图片，每一帧的目标物图片包括左目图片和右目图片，获取第一帧的左目图片中的加速分割测试特征fast特征点，将第一帧的左目图片中的fast特征点投影至第一帧的右目图片中进行双目特征点匹配、光流追踪lk算法处理和对极几何约束处理，剔除追踪到图像外的特征点，将剩余的fast特征点进行网格划分，得到第一fast特征点。
10、进一步地，上述的地下管廊巡检机器人控制方法的步骤s14包括：获取实时特征点坐标、惯性测量单元imu传输的信息，惯性测量单元imu传输的信息包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种地下管廊巡检机器人，其特征在于，包括：主控制器、行动单元、超宽带UWB定位模块、三维激光雷达、双目深度摄像头、惯性测量单元IMU、声发射传感器、气体传感器、红外摄像头、电源模块；所述主控制器，分别与行动单元、超宽带UWB定位模块、三维激光雷达、双目深度摄像头、惯性测量单元IMU、声发射传感器、气体传感器、红外摄像头、电源模块进行电连接，所述主控制器与预设超宽带UWB基站进行无线连接；所述行动单元，包括行动主控模块、行走执行模块；所述行动主控模块，配置为，控制所述行走执行模块按照预设方向行进；所述行走执行模块，包括底盘、悬架和车轮，所述悬架，配置为，四轮独立悬挂方式，所述车轮，配置为，麦克纳姆轮；所述超宽带UWB定位模块，用于与预设超宽带UWB基站进行通讯，采集所述地下管廊巡检机器人到各预设超宽带UWB基站的距离信息，将所述距离信息传输至所述主控制器；所述三维激光雷达，配置为，采集环境特征点，识别障碍物的距离和形状；所述双目深度摄像头，配置为，采集图像信息，向所述主控制器传输图像信息；所述惯性测量单元IMU，配置为，获取所述地下管廊巡检机器人的加速度、姿态、速度信息；所述声
2.根据权利要求1所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于，所述主控制器，配置为，进行图像处理和边缘计算，对所述行动单元、超宽带UWB定位模块、三维激光雷达、双目深度摄像头、惯性测量单元IMU、声发射传感器、气体传感器、红外摄像头、电源模块进行控制；所述主控制器，集成电源管理芯片，所述电源管理芯片提供多电压输出，用于向所述超宽带UWB定位模块、三维激光雷达、双目深度摄像头、惯性测量单元IMU、声发射传感器、气体传感器、红外摄像头供电。
3.根据权利要求2所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于，所述行动单元，配置为，按预设路线行驶，在预设多个检测点停留作业，在运行过程中接收所述主控制器传输的行动指令信号，将所述行动指令信号转换为电机驱动信号，从而控制各麦克纳姆轮的转速，实现所述地下管廊巡检机器人的行进。
4.根据权利要求3所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于，所述惯性测量单元IMU，包括3个正交方向的陀螺仪和3个正交方向的加速度计；所述陀螺仪，配置为，通过所述陀螺仪中高速旋转的转子测量三个正交方向上的角速度，进而获取所述地下管廊巡检机器人的姿态信息；所述加速度计内部设置有质量块、压电材料，所述加速度计，配置为，当加速度计的速度发生变化时，所述质量块对所述压电材料进行压缩或拉伸，所述压电材料产生加速度信号，进而获得三个正交方向上的加速度信息，最终获取所述地下管廊巡检机器人的位移距离信息。
5.根据权利要求4所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于，所述三维激光雷达向四周发射激光束，同时接收反射的激光信号，所述三维激光雷达设置有激光雷达处理器，所述激光雷达处理器对所述接收反射的激光信号进行处理分析，通过激光束的运动时间、方位和所述地下管廊巡检机器人的位置确定障碍物相对所述地下管廊巡检机器人的距离和方位，进而生成三维点云数据，实现对障碍物的辨别，为路径规划提供参考。
6.一种地下管廊巡检机器人控制方法，用于控制如权利要求5所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的地下管廊巡检机器人控制方法，其特征在于，步骤S1包括：
8.根据权利要求7所述的地下管廊巡检机器人控制方法，其特征在于，步骤S11包括：利用所述双目深度摄像头获取目标物视频，根据所述目标物视频得到预设数量帧数的目标物图片，所述每一帧的目标物图片包括左目图片和右目图片，获取第一帧的左目图片中的加速分割测试特征FAST特征点，将所述第一帧的左目图片中的FAST特征点投影至第一帧的右目图片中进行双目特征点匹配、光流追踪LK算法处理和对极几何约束处理，剔除追踪到图像外的特征点，将剩余的FAST特征点进行网格划分，得到第一FAST特征点。
9.根据权利要求7所述的地下管廊巡检机器人控制方法，其特征在于，步骤S14包括：获取所述实时特征点坐标、所述惯性测量单元IMU传输的信息，所述惯性测量单元IMU传输的信息包括重力信息及偏差信息，构建微分方程组，所述微分方程组包括状态矩阵、输入矩阵，对所述重力信息及偏差信息进行初始化，得到所述微分方程组中的状态矩阵以及输入矩阵，根据所述微分方程组，得到状态转移矩阵；根据...
【技术特征摘要】
1.一种地下管廊巡检机器人，其特征在于，包括：主控制器、行动单元、超宽带uwb定位模块、三维激光雷达、双目深度摄像头、惯性测量单元imu、声发射传感器、气体传感器、红外摄像头、电源模块；所述主控制器，分别与行动单元、超宽带uwb定位模块、三维激光雷达、双目深度摄像头、惯性测量单元imu、声发射传感器、气体传感器、红外摄像头、电源模块进行电连接，所述主控制器与预设超宽带uwb基站进行无线连接；所述行动单元，包括行动主控模块、行走执行模块；所述行动主控模块，配置为，控制所述行走执行模块按照预设方向行进；所述行走执行模块，包括底盘、悬架和车轮，所述悬架，配置为，四轮独立悬挂方式，所述车轮，配置为，麦克纳姆轮；所述超宽带uwb定位模块，用于与预设超宽带uwb基站进行通讯，采集所述地下管廊巡检机器人到各预设超宽带uwb基站的距离信息，将所述距离信息传输至所述主控制器；所述三维激光雷达，配置为，采集环境特征点，识别障碍物的距离和形状；所述双目深度摄像头，配置为，采集图像信息，向所述主控制器传输图像信息；所述惯性测量单元imu，配置为，获取所述地下管廊巡检机器人的加速度、姿态、速度信息；所述声发射传感器，用于获取地下管廊中气体运输管道的气体泄漏信息；所述气体传感器，用于获取地下管廊中泄露气体的类型信息；所述红外摄像头，用于获取地下管廊中热力管道的泄露信息；所述电源模块，配置为，充电协议pd电源适配器，采用usb外形接口标准type-c，所述电源模块用于给所述地下管廊巡检机器人供电。
2.根据权利要求1所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于，所述主控制器，配置为，进行图像处理和边缘计算，对所述行动单元、超宽带uwb定位模块、三维激光雷达、双目深度摄像头、惯性测量单元imu、声发射传感器、气体传感器、红外摄像头、电源模块进行控制；所述主控制器，集成电源管理芯片，所述电源管理芯片提供多电压输出，用于向所述超宽带uwb定位模块、三维激光雷达、双目深度摄像头、惯性测量单元imu、声发射传感器、气体传感器、红外摄像头供电。
3.根据权利要求2所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于，所述行动单元，配置为，按预设路线行驶，在预设多个检测点停留作业，在运行过程中接收所述主控制器传输的行动指令信号，将所述行动指令信号转换为电机驱动信号，从而控制各麦克纳姆轮的转速，实现所述地下管廊巡检机器人的行进。
4.根据权利要求3所述的地下管廊巡检机器人，其特征在于，所述惯性测量单元imu，包括3个正交方向的陀螺仪和3个正交方向的加速度计；所述陀螺仪，配置为，通过所述陀螺仪中高速...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭翰林，陈楷夫，尤绍烽，李家瑶，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：
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