[发明专利]一种基于视觉导航的变电站自动构图机器人及方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉导航的变电站自动构图机器人及方法，包括机器人平台、工控机、行程测量装置、视觉导航装置、激光雷达和行走机构，其中，机器人平台下端设置行走机构，机器人平台上设置有工控机，工控机连接行程测量装置，行程测量装置接收测速传感器信号，机器人平台前端固定有视觉导航装置和激光雷达，激光雷达对环境进行扫描。本发明真正实现了环境数据采集与地图构建的自动化，减少了人为参与的工作量，整个过程机器人自主运行，方案简单，成本低，实用价值高。另外视觉导航装置摄像头周围分布有打光LED灯，解决了光照强弱对视觉图像处理的影响，可以适应夜间环境视觉导航进行自动地图构建。

技术领域

本发明隶属于移动机器人定位与导航技术领域，尤其涉及一种基于视觉导航的变电站自动构图机器人及方法。

背景技术

随着近几年变电站巡检机器人更深入的应用，复杂的变电站环境和变电巡检任务对于巡检机器人的导航方式和导航定位精度提出了更高的要求，为了能够更好的适应复杂的变电站环境，满足复杂变电站巡检任务的需要，越来越多的导航技术投入测试并投入应用，激光导航技术即使其中之一，激光导航以其现场施工量少、路径更改灵活、设备集成化程度高等优点越来越受到市场的青睐。机器人激光导航过程中，实现自主定位和高精度导航是巡检机器人完成巡检任务的重要前提，而实现定位和高精度导航的关键在于建立起完整准确的变电站环境地图信息，因此，变电站地图构建对于变电站巡检机器人进行激光导航具有重要意义。目前对于变电站环境地图构建的设备及方法主要有以下几种：

1、使用3D(三维)激光扫描仪进行变电站环境地图构建。该方法是人工携带3D(三维)激光扫描仪，通过在变电站内间隔选择多个位置进行全站多点环境数据采集。在每一个位置，3D激光扫描仪进行水平360°三维环境数据采集。全站多点环境数据采集结束后，使用环境数据处理软件对采集到的多点环境数据进行拼接再现处理，建立起变电站三维环境地图。在三维环境地图的基础上进行裁剪，裁剪高度力求和变电站巡检机器人激光雷达的高度相同，裁剪之后整理输出变电站巡检机器人定位导航可用的二维变电站环境地图。该方法虽然构图精度高，环境再现效果好，但是该方法成本高，且需要人工参与工作量大，尤其在多站3D(三维)环境数据采集的环节，需要人全程参与进行站点选择，设备安装、操作等工作，所以环境数据采集自动化程度不高。

2、使用集成多传感器的变电站巡检机器人进行构图。一种是基于里程计、陀螺仪、激光雷达进行变电站地图构建的机器人。该机器人的构图方法是人工遥控或人工助力机器人在变电站全站进行漫游，通过安装于机器人本体上的里程计、陀螺仪、激光雷达进行环境数据采集。对数据的处理可以采用在线或离线的两种方式，通过软件算法对多传感器数据进行融合和模型构建，最终输出二维变电站环境地图。该方法虽然方案简单可行，操作性强，但是该方法环境数据采集环节仍然需要大量的人为参与，工作量大，环境数据采集自动化程度不高。

所以亟需一种人为参与工作量少，自动化程度高，方案简单，成本低，实用价值高的构图设备及方法。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于视觉导航的变电站自动构图机器人及方法，本发明真正实现了环境数据采集与地图构建的自动化，减少了人为参与的工作量，整个过程机器人自主运行，方案简单，成本低，实用价值高。另外视觉导航装置摄像头周围分布有打光LED灯，解决了光照强弱对视觉图像处理的影响，可以适应夜间环境视觉导航进行自动地图构建。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于视觉导航的变电站自动构图机器人，包括机器人平台、工控机、行程测量装置、视觉导航装置、激光雷达和行走机构，其中，机器人平台下端设置行走机构，机器人平台上设置有工控机，工控机连接行程测量装置，行程测量装置接收测速传感器信号，机器人平台前端固定有视觉导航装置和激光雷达，激光雷达对环境进行扫描。

所述视觉导航装置，安装于机器人平台上，包括摄像机，摄像机通过通信线与工控机连接。