[发明专利]一种基于激光导航变电站巡检机器人的建图系统与方法

权利要求书

1.一种基于激光导航变电站巡检机器人的建图系统的建图方法，激光导航变电站巡检机器人的建图系统包括激光雷达、工控机、GPS模块和视觉模块，其中，激光雷达和GPS模块设置于巡检机器人本体上，视觉设备设置于巡检机器人本体前端，工控机采集视觉设备对环境的抓图，将相邻的两张图像作对比，分析机器人的航向角，激光雷达将采集的距离信息、GPS模块将获取的坐标信息传输给工控机，工控机将距离信息转化为二维平面图，并将平面图旋转至与机器人相同航向角从而获得机器人当前周边区域的地图，其特征是：包括以下步骤：

(1)变电站巡检机器人接收巡检任务，按照指定路线行驶；

(2)变电站巡检机器人在行驶过程中以固定的采样频率记录激光雷达，GPS数据以及视觉设备图像；

(3)将激光雷达的距离映射到直角坐标系中，视觉模块通过捕捉远处物体在传感器上的位移，计算出变电站机器人的每两帧采样的航向角变化，并通过积分的方式获得机器人当前的航向角；

所述步骤(3)中，设第n张和第n+1张图像中，特征区域在X轴方向上的位移为ΔX，通过GPS获得机器人当前位置并计算出距离参照物距离D，然后通过反三角函数，计算出机器人每两张图像的航向角变化：

之后将相邻两张角度变化求法相同，将每次角度变化累积就获得当前机器人航向：

(4)GPS模块记录机器人当前位置坐标，并与视觉设备获得航向角以及映射后的激光雷达数据整合，完成单帧数据变电站内的小区域云点地图；

(5)将多帧数据进行融合，获得所建区域的云点地图。

2.如权利要求1所述的一种基于激光导航变电站巡检机器人的建图系统的建图方法，其特征是：建图系统包括多组巡检机器人，工控机将接收的激光数据与航向数据传输给上位机，结合各个巡检机器人的GPS信息，得到变电站地图。

3.如权利要求1所述的一种基于激光导航变电站巡检机器人的建图系统的建图方法，其特征是：所述视觉模块对环境以固定频率进行抓图，并将图像通过LAN接口传送给工控机。

4.如权利要求1所述的一种基于激光导航变电站巡检机器人的建图系统的建图方法，其特征是：所述GPS模块将获取的坐标以固定频率通过RS232接口发送到激光导航变电站巡检机器人的工控机。

5.如权利要求1所述的一种基于激光导航变电站巡检机器人的建图系统的建图方法，其特征是：所述激光雷达以固定频率采集雷达扇区内的距离发送至工控机。

6.如权利要求1所述的一种基于激光导航变电站巡检机器人的建图系统的建图方法，其特征是：所述步骤(4)中，具体方法为：

上式中，Xn，Yn为第n个激光雷达距离数据映射在直角坐标系中的坐标；d_n为第n个激光雷达数据距变电站物体的距离；ω为激光雷达扫描时的起始角度；n为激光雷达距离信息的序号，即每一帧激光数据共有n个距离信息；θ为激光雷达角度分辨率，α为机器人航向角，XGPS和YGPS为机器人当前位置的环境坐标。

7.如权利要求1所述的一种基于激光导航变电站巡检机器人的建图系统的建图方法，其特征是：所述步骤(5)中，云点地图可转化为任意格式的地图或图像。