[发明专利]一种轨道式巡检机器人的多传感器辅助定位模块及方法

权利要求书

1.一种轨道式巡检机器人的多传感器辅助定位模块，其特征在于，包括：

定位标识模块，包括字符铭牌和轨道贴片，字符铭牌垂直安装在管廊顶部，用于传感器模块识别定位；轨道贴片，包括定位码和磁片，用于传感器模块识别定位码和磁片；

传感器模块，通过多个传感器识别管廊轨道中的字符铭牌和轨道贴片，将获取的信息传递至定位解算模块；

定位解算模块，用于将传感器模块获取的信息进行解算，并传递至控制中心，控制中心确定机器人本体在管廊中的位置；

传感器模块、定位解算模块设于机器人本体中，通过控制中心控制机器人本体在管廊轨道中行进，通过传感器模块获取定位标识模块信息，通过定位解算模块解算，控制中心确定机器人本体在管廊中的位置。

2.根据权利要求1所述的一种轨道式巡检机器人的多传感器辅助定位模块，其特征在于，所述机器人本体上设有行走轮、传感器模块、电源模块、定位解算模块、二维转台和光电载荷；传感器模块包括里程计、视觉扫码传感器、磁传感器和光电载荷内设的视觉字符定位传感器；里程计设在行走轮上，行走轮挂在管廊轨道上；视觉扫码传感器和磁传感器设在两个行走轮之间的检测板上；光电载荷安装在二维转台上。

3.根据权利要求2所述的一种轨道式巡检机器人的多传感器辅助定位模块，其特征在于，所述磁传感器包括一个霍尔传感器，磁片安装在管廊轨道上，并提前在管廊轨道上进行位置标定；霍尔传感器感应管廊轨道上的磁片。

4.根据权利要求2所述的一种轨道式巡检机器人的多传感器辅助定位模块，其特征在于，所述视觉扫码传感器为安装在机器人本体上的扫码相机，扫码相机扫描安装在轨道上的定位码，定位码为一位码或者二维码。

5.根据权利要求2所述的一种轨道式巡检机器人的多传感器辅助定位模块，其特征在于，所述字符铭牌包括粗定位字符和精定位标识；所述视觉字符定位传感器为安装在二维转台上的可见光相机，对出现在视场中的字符铭牌上的粗定位字符进行粗定位，或者对字符铭牌上的粗定位字符和精定位标识进行粗精复合定位。

6.根据权利要求1所述的一种轨道式巡检机器人的多传感器辅助定位模块，其特征在于，所述定位解算模块包括DSP核心电路、存储器和RS232串口，磁传感器通过DSP核心电路的GPIO口与DSP核心电路连接；视觉扫码传感器通过RS232串口与DSP核心电路连接，视觉字符定位传感器通过扩展串口连接DSP核心电路，DSP核心电路通过串口连接外电路。

7.一种基于权利要求1-6任一项所述模块的轨道式巡检机器人的多传感器辅助定位方法，其特征在于，包括转台相机视觉粗定位+定位码精定位+磁片位置校准：

a)启动：二维转台的光电载荷指向前方，机器人本体根据里程计累计的相对启动位置计算出行走里程；

b)粗定位：当二维转台光电载荷视场内出现字符铭牌标识，机器人本体根据字符铭牌判断所在管廊的大致位置，开始减速，以减小高速运行造成的视觉扫码传感器成像模糊；

c)精定位：视觉扫码传感器的扫码相机在管廊附近区域扫描到管廊轨道上的定位码，根据定位码中的信息确定自身所处管廊的绝对位置；

d)持续位置递推：后续机器人本体在此绝对位置的基础上，根据里程计累计的里程进行准确的绝对位置定位；

e)位置校准：对里程计定位可能出现累计误差，根据在管廊轨道上标定了磁片位置信息来消除机器人本体里程计累计误差。

8.根据权利要求7所述的轨道式巡检机器人的多传感器辅助定位方法，其特征在于，包括转台相机视觉粗定位+转台相机视觉精定位+磁片位置校准：

在粗精复合定位过程中，若扫码相机失效，则在粗定位基础上，则采用机器人本体缓慢移动到管廊轨道不同位置，二维转台上的可见光相机继续精确识别字符铭牌上精定位标识的方式，基于P4P原理进行精定位；此过程机器人本体在轨道上不同位置停止一定时间。

9.根据权利要求8所述的轨道式巡检机器人的多传感器辅助定位方法，其特征在于，基于P4P原理进行精定位，机器人本体在管廊中精确的绝对位置坐标通过以下方式得到：

字符铭牌坐标系为oxyz，转台上的可见光相机坐标系为o₁x₁y₁z₁，机器人本体坐标系为o₂x₂y₂z₂，则得到关于构成投影矩阵M的各元素m_i的线性齐次方程组：

式中，(X,Y,Z)为字符铭牌坐标系坐标，i＝0,1,3,4,5,7,8,9,11；

投影矩阵M表示如下：

定义z轴为垂直的字符铭牌方向，为转台上的可见光相机的图像坐标，m₁₁为转台上的可见光相机坐标系相对于字符铭牌坐标系Z轴上的平移量；令a_i＝m_i/m₁₁，则关于a_i的线性方程组，表示如下：

通过求解线性方程组，可以得到可见光相机坐标系相对于字符铭牌坐标系的精确坐标，进而获得机器人本体在管廊中的精确位置信息。