[发明专利]基于变电站巡检机器人的双目视觉导航系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双目视觉导航系统及方法，尤其涉及一种基于变电站巡检机器人的双目视觉导航系统及方法。

背景技术

随着传感器技术及处理器技术的发展，机器人技术朝着越来越智能化的方向发展。计算机视觉理论的形成和发展，让机器人具备了类似人类双眼的视觉系统，让机器人可以根据视觉系统得更多的环境信息。视觉导航技术主要包括基于单目的、基于双目立体视觉的、三目及多目摄像机结构。单目视觉主要利用摄像机采集到的图像信息，对结构场景中的标识进行识别，直接利用图像平面信息对场景进行判断，也有利用基于运动的三维信息恢复的方法，基于单目相机结构进行导航。立体视觉技术主要利用由两幅或两幅以上的图像重构得到的三维信息，在此基础上进行障碍物检测和路况检测，最终实现避障和导航等功能。如早期的火星探测车，使用了双目立体视觉技术进行视觉避障和导航。

避障功能是智能移动机器人必备的一个功能，基于该功能机器人可以对变换的环境实时做出反应，避免发生碰撞危险，并且可以自动避开障碍物，继续原始路径行驶，提高了机器人的自主性和系统安全性。避障功能主要包括障碍物检测和路径规划两部分内容。其中，障碍物检测就是通过对传感器采集的信息，进行处理、分析，得到障碍物的位置、尺寸等信息；路径规划就是利用当前检测到的障碍物信息以及其他道路信息构成地图，并对可行驶的路径进行规划，给出机器人可以行驶的路径。当前，基于视觉系统的障碍物检测方法可以分为基于三维信息恢复的障碍物检测方法、基于逆向投影的障碍物检测、基于视差直方图的检测方法。

现有技术中，通过分析现有技术中电力机器人在行驶过程中采集到的双目图像信息发现：

（1）变电站巡检机器人在行驶过程中，行驶路径两侧设备较多，造成图像背景复杂，从而产生障碍物与设备区域重叠的情况，给目标提取、分割等操作带来了较大困难；

（2）道路区域信息会受室外光照变化、特殊天气等影响，使得路面存在干扰信息，容易引入障碍物检测误差；

（3）现有技术中，往往不能对变电站巡检机器人的行走路径进行具体规划，不能有效的避开障碍物。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于变电站巡检机器人的双目视觉导航系统及方法，它具有对机器人进行路径具体规划，有效避开障碍物的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于变电站巡检机器人的双目视觉导航系统，它包括机器人本体，在机器人本体的前臂端部设有用于采集前行道路上的环境信息图的图像采集系统；

图像采集系统：图像采集系统采集机器人前行道路上的环境图像，然后将采集的图像通过网络传输系统上传给视觉分析系统，图像采集系统包括双目摄像机，双目摄像机通过传输线连接到图像采集卡，然后通过有线连接到网络传输系统上；

网络传输系统包括无线网桥，无线路由器、接收器，将图像采集系统采集的图像信息通过无线网络传输至后台处理平台；所述后台处理平台包括视觉分析系统和路径规划系统；

视觉分析系统：根据图像采集系统采集的双目图像信息及摄像机内外参数信息，通过逆向投影理论及三维重构技术实现对变电站道路区域内的障碍物的检测，并将信息传输至机器人控制系统，视觉分析系统基于后台计算机，通过无线网络获取前方采集的图像数据，将分析结果发送给路径规划系统；

路径规划系统：根据视觉系统检测的环境信息，构建二维占据地图，进行路径规划，出现障碍物时，对机器人行走路线及时做出调整，避免机器人与障碍物发生碰撞，然后将路径信息通过网络传输系统下发到机器人控制系统；

机器人控制系统：通过无线网络，接受当前机器人运动信息，下发至机器人运动平台，机器人控制系统根据路径规划系统规划的路径控制机器人本体移动，机器人控制系统运行的平台为工控机。

所述视觉分析系统、路径规划系统运行的硬件平台为计算机。

一种基于变电站巡检机器人的双目视觉导航系统的视觉导航方法，具体步骤为：

步骤一：采集双目环境图像，通过图像解析，畸变校正，立体校正获得去除了畸变效果、且像素匹配关系约束在相同的Y轴的双目图像；

步骤二：将校正后的图像逆向投影变换，将左目图像和右目图像投影到地平面上，并将重新投影后的左目图像和右目图像的像素做差，并对差值图像做Canny边缘检测，然后，使用Hough直线检测出道路区域和道路边缘；