[发明专利]一种融合多传感器的变电站巡检机器人定位导航系统

说明书

本发明公开了一种融合多传感器的变电站巡检机器人定位导航系统，该系统区分有定位模块、避障模块、地图管理模块、语音控制模块、电量监测模块、任务调度模块、导航模块、底层控制模块和安全保障模块九个功能模块，本发明对变电站巡检机器人首次同时引入了激光雷达里程计和视觉里程计算法，能够有效提高室外变电站巡检机器人的定位稳定性和精确性，同时对变电站巡检机器人引入了深度相机，可以方便的获取机器人前方较为低矮的障碍物或坑洞障碍，提高了机器人对于各种环境的兼容性和安全性，同时也使机器人在巡检任务中具备更强的自动导航和避障能力。

技术领域

本发明涉及变电站巡检机器人自动定位导航的技术领域，尤其是指一种融合多传感器的变电站巡检机器人定位导航系统。

背景技术

近年来，随着移动机器人技术迅速发展，越来越多的移动机器人在社会的各个领域发挥着巨大的作用。随着人工智能(AI)时代的到来，机器人技术已经成为高科技发展程度的一项重要标志，例如家庭服务机器人、导购机器人、扫地机器人、变电站巡检机器人等。但是随着人们对机器人智能化的要求越来越高，几乎所有的移动机器人都会面临一个基础的问题，即如何在人们生活的三维世界中进行精确的定位、导航和避障，这并不是一个短时间内就可以解决的问题，因为在现实生活中会遇到各种各样的意外事件，更加考验了机器人的定位导航系统的精度和可靠性。对于变电站巡检机器人，能够在变电站中流畅的进行自主定位导航和避障就成为了一个基础需求。在此基础上可以承载其他智能化的功能。因此，变电站巡检机器人的自主定位导航和避障方案的研究具有非常重要的意义。

目前实现变电站巡检机器人定位导航的方法有很多，其中应用最多的是基于磁条和RFID码识别位置的定位导航方法和导轨式巡检机器人，同时有少量的基于激光雷达和激光雷达与视觉融合的自主定位导航系统，但是其具有稳定性差，智能避障功能不完善的缺点。

综合以上论述，提出一种新的精度较高、环境适应能力强的变电站巡检机器人定位导航系统具有较高的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的基于磁轨和激光雷达传感器的变电站巡检机器人稳定性不足的缺点，提出了一种融合多传感器的变电站巡检机器人定位导航系统，本发明对变电站巡检机器人首次引入了激光雷达里程计和视觉里程计算法，能够有效提高室外变电站巡检机器人的定位稳定性和精确性，同时对变电站巡检机器人引入了深度相机，可以方便的获取机器人前方较为低矮的障碍物或坑洞障碍，提高了机器人对于各种环境的兼容性和安全性，同时也使机器人在巡检任务中具备更强的自动导航避障能力。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种融合多传感器的变电站巡检机器人定位导航系统，配置有集成IMU的深度相机、二维激光雷达、麦克风、超声波雷达、轮式编码器、惯性传感器、电压传感器、防跌落传感器、防碰撞传感器、工控机、底层驱动电机及其电机驱动器，所述二维激光雷达和集成IMU的深度相机安装在机器人正前方，所述惯性传感器安装在机器人质心处，所述麦克风安装在机器人正前方，所述电压传感器安装在机器人内部，所述超声波雷达有两个对称并排安装在机器人正后方，所述防跌落传感器和防碰撞传感器有两组分别安装在机器人前后方；其中，所述系统区分有以下九个功能模块：

定位模块，使用集成IMU的深度相机、轮式编码器、惯性传感器和二维激光雷达的数据，通过视觉里程计算法、航迹推演算法和二维激光雷达帧间匹配算法得到机器人的位姿信息，将各个算法得到的不准确的初始位姿输入无迹卡尔曼算法得到最终准确的机器人位姿信息；

避障模块，使用集成IMU的深度相机、二维激光雷达数据和机器人后方的超声波雷达数据，对得到的深度图和超声波雷达数据进行重新建模，转换成二维激光雷达数据格式和二维激光雷达数据一起输入进入地图管理模块，作为动态障碍物信息；

地图管理模块，包含静态栅格地图和动态栅格地图两种地图，静态栅格地图为变电站巡检机器人的先验信息，为已经建立完成不会更改的地图及障碍物信息，动态栅格地图包括有避障模块传递的传感器实时动态的障碍物信息；