[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

说明书

本发明提供一种基于信息融合的变电站巡检机器人室内定位方法，包括对二维码进行扫描拍照，并对获得的二维码图像进行处理；计算出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；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；估算出待测机器人在惯性测量定位方式下的位姿；构建观测器；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；计算出待测机器人的最终位姿。本发明通过将二维码定位方式和惯性测量定位方式进行信息融合，构建基于变电站巡检机器人姿态运动学的观测器模型，能够实时快速、准确地估计变电站巡检机器人的实时位姿。

技术领域

本发明涉及变电站巡检机器人室内定位技术领域，具体是一种基于信息融合的变电站巡检机器人室内定位方法。

背景技术

变电站巡检机器人是一种全自主运行的地面移动机器人，其可携带可见光摄像机、红外热像仪、拾音器等传感器对电力设备进行自动巡检，有效降低人工巡检的劳动强度，保障变电站设备安全运行。

在变电站巡检机器人的应用中，精确定位导航是保证其完成巡检任务的关键。目前，变电站巡检机器人采用的有差分GPS、航位推算、惯性测量及人工路标视觉标识等定位导航方式。

惯性测量单元(Inertial measurement unit，简称IMU)是测量物体三轴姿态角以及加速度的装置。陀螺仪和加速度计是IMU的主要元件，多用于飞行器和变电站巡检机器人的位姿估计。

市面上常见的用于变电站巡检机器人的陀螺仪和加速度计，如微机陀螺仪和MEMS加速度计，具有体积小、重量轻、可靠性好、易于系统集成等优点，但由于陀螺仪和加速度计都是通过积分来估计当前变电站巡检机器人的位姿的，长时间运动会造成偏差的累积。

目前最为广泛使用的人工路标视觉标识是二维码，这种定位技术所需的定位算法相对简单易用，精度较高，计算速度也更快，但是在较为复杂的环境中容易造成某一时刻的视觉定位缺失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于信息融合的变电站巡检机器人室内定位方法，该方法通过融合二维码和惯性测量单元两方面的测量信息，进而得到变电站巡检机器人的精确位姿，提升其室内定位的精度。

本发明的技术方案为：

一种基于信息融合的变电站巡检机器人室内定位方法，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。

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