[发明专利]一种基于信息融合的变电站巡检机器人室内定位方法

权利要求书

1.一种基于信息融合的变电站巡检机器人室内定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用安装在待测机器人中心位置的相机，对二维码进行扫描拍照，并对获得的二维码图像进行处理；

(2)利用处理后的二维码图像携带的坐标信息，计算出待测机器人在二维码定位方式下的位姿；

(3)根据计算出的待测机器人在二维码定位方式下的位姿，估算出待测机器人在二维码定位方式下的线速度和角速度；

(4)利用安装在待测机器人上的惯性测量单元，测量出待测机器人在惯性测量定位方式下的线速度和角速度；

(5)根据测量出的待测机器人在惯性测量定位方式下的线速度和角速度，估算出待测机器人在惯性测量定位方式下的位姿；

(6)构建以待测机器人在二维码定位方式和惯性测量定位方式下的线速度和角速度为输入，以待测机器人在惯性测量定位方式下的位姿偏差估计值为输出的观测器；

(7)将待测机器人在二维码定位方式和惯性测量定位方式下的线速度和角速度输入构建的观测器中，迭代计算出待测机器人在惯性测量定位方式下的位姿偏差估计值；

(8)根据待测机器人在惯性测量定位方式下的位姿偏差估计值和位姿，计算出待测机器人的最终位姿。

2.根据权利要求1所述的基于信息融合的变电站巡检机器人室内定位方法，其特征在于，步骤(1)中，对获得的二维码图像进行处理，具体包括：

(11)对获得的二维码图像进行灰度化处理，得到灰度化图像；

(12)采用以下公式对得到的灰度化图像进行二值化处理，得到二值化图像：

其中，f(x,y)表示灰度化图像中像素点的灰度值，g(x,y)表示二值化图像中像素点的灰度值，T表示阈值；

(13)对得到的二值化图像进行矩形区域分块，取每块矩形区域内所有像素点灰度值的中值作为窗口值，借助每块矩形区域的窗口值对相应的矩形区域进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的基于信息融合的变电站巡检机器人室内定位方法，其特征在于，步骤(2)中，采用以下公式计算出待测机器人在二维码定位方式下的位姿：

其中，T_es1表示待测机器人在二维码定位方式下的位姿，x_c、y_c和θ_c分别表示二维码定位方式下待测机器人的中心位置在机器人坐标系中的横坐标、纵坐标和偏航角，T_A表示二维码的中心位置在二维码坐标系中的坐标，R₁表示相机坐标系与二维码坐标系的映射矩阵，R₂表示机器人坐标系与相机坐标系的映射矩阵；

步骤(3)中，采用以下运动学方程估算出待测机器人在二维码定位方式下的线速度和角速度：

其中，v_c、ω_c分别表示待测机器人在二维码定位方式下的线速度和角速度；

步骤(5)中，采用以下运动学方程估算出待测机器人在惯性测量定位方式下的位姿：

其中，v、ω分别表示待测机器人在惯性测量定位方式下的线速度和角速度，T_es2表示待测机器人在惯性测量定位方式下的位姿，x、y和θ分别表示惯性测量定位方式下待测机器人的中心位置在机器人坐标系中的横坐标、纵坐标和偏航角；

步骤(6)中，构建的观测器如下：

其中，φ和ψ为中间变量，φ＝sinθ_e，ψ＝cosθ_e，x_e、y_e和θ_e分别表示惯性测量定位方式下待测机器人的中心位置在机器人坐标系中的横坐标偏差、纵坐标偏差和偏航角偏差，和分别表示x_e、y_e、φ和ψ的估计值，k为恒定值，A为2×2的赫尔维茨矩阵，P和Q为2×2的正定矩阵；

步骤(7)中，待测机器人在惯性测量定位方式下的位姿偏差估计值如下：

其中，T_es3表示待测机器人在惯性测量定位方式下的位姿偏差，表示T_es3的估计值，表示θ_e的估计值；

步骤(8)中，采用以下公式计算出待测机器人的最终位姿：

其中，T_es表示待测机器人的最终位姿。