[发明专利]一种载油储罐底板检测机器人的定位方法

权利要求书

1.一种载油储罐底板检测机器人的定位方法，通过安装于所述检测机器人上的超声波传感器获取位置信息，其特征在于，定位步骤如下：

步骤1，布设传感器；以所述储罐底板圆心为原点，以南-北为y轴，东-西为x轴，建立全局坐标系，在所述检测机器人的中心部位放置惯性传感器，所述惯性传感器的北向角度置零；在所述检测机器人的前端和后端分别放置超声波传感器，且前后端对应传感器的连线平行于所述检测机器人的中轴线；

步骤2，建立旋转坐标系；记录所述检测机器人进入储罐的位置，利用惯性传感器获取所述检测机器人的朝向与所述全局坐标系y轴方向的夹角α，将所述全局坐标系逆时针旋转获得旋转坐标系；

步骤3，设置定位区域；所述载油储罐底板的半径为r，根据所述检测机器人的先验位置，即所述检测机器人上一时刻的位置，将所述检测机器人在所述旋转坐标系内所在的半圆区域设为定位区域，即以旋转坐标系的x轴为界将所述载油储罐底板分为两个半圆区域，所述检测机器人所在的半圆区域为定位区域；

步骤4，实测声速估计；通过所述超声波传感器基于超声波的收发获得超声波在所述载油储罐底部承载液体介质内的实际声速；

步骤5，定位位置求解；

步骤5.1，求解弦长；所述检测机器人中轴线延长线与所述定位区域圆形边界的交点连线形成一条弦，根据所述检测机器人的前端和后端的超声波传感器的回波测距，获取所述弦的弦长d,根据弦长公式可得弦长对应的半角角度

步骤5.2，所述检测机器人位置求解；由θ计算得到所述前端和后端的超声波传感器在旋转坐标系下的坐标为其中，d₀为前后端的超声波传感器之间的距离，d₁、d₂为前后端的超声波传感器测得的回波距离，即所述前后端超声波传感器发射声波至所述储罐的壁板反射后形成回波声距的二分之一；

5.3求解全局坐标系下的定位坐标，

对旋转坐标系内的超声波传感器坐标进行坐标系转换，旋转公式如下：

其中，(x',y')为全局坐标系内的超声传感器坐标，(x,y)为旋转坐标系内的超声传感器坐标，将已知的α、x₁、y₁、x₂、y₂代入公式(1)，计算得到所述前后端超声波传感器在全局坐标系内的坐标M₁(x₁',y₁')、M₂(x₂',y₂')，从而得到所述检测机器人的具体位置。

2.根据权利要求1所述的载油储罐底板检测机器人的定位方法，其特征在于,所述方法适用于圆柱形载油储罐。

3.根据权利要求1或2所述的载油储罐底板检测机器人的定位方法，其特征在于,所述步骤4具体如下，放置于所述检测机器人的前端和后端的超声波传感器有两组共四只，位于与所述检测机器人中轴线平行的同一直线上，一组超声传感器位于所述检测机器人的外侧、且检测面均向外，另一组超声传感器位于所述检测机器人的内侧、且检测面相对放置、间距为d₀，通过相对的两个超声波传感器以一发一收的模式获得声波在两个传感器之间传播的时延t₀，实测声速v由公式(2)计算得到。

4.根据权利要求3所述的载油储罐底板检测机器人的定位方法，其特征在于,步骤4中所述超声传感器检测面均向外的一组传感器，基于回波声距获得所述两个传感器与所述储罐壁板的间距分别为d₁和d₂，从而所述步骤5.1中的弦长为d＝d₀+d₁+d₂。