[发明专利]一种铁路信号机械室巡检机器人的视觉导航方法

说明书

本发明涉及机器人视觉导航，具体涉及一种铁路信号机械室巡检机器人的视觉导航方法，获取机器人在初始点位时的初始相位图，并设定机器人在位姿调节点位处的目标相位图；根据初始相位图、预设运动参数和预设运动模型，确定机器人移动至位姿调节点位时的预测相位图；对预测相位图进行优化，以使得预测相位图与目标相位图的差别最小，并将预测相位图中的信息作为机器人的位姿信息；在设置有巡检任务的任务点网上规划最优巡检路径；若机器人在沿最优巡检路径执行巡检任务的过程中检测到障碍物，则根据障碍物信息对最优巡检路径进行优化调整；本发明提供的技术方案能够有效克服无法在较少运算负载情形下规划具有避障特性的最优巡检路径的缺陷。

技术领域

本发明涉及机器人视觉导航，具体涉及一种铁路信号机械室巡检机器人的视觉导航方法。

背景技术

近年来，我国铁路行业迎来了大发展，国内人口数量庞大，带来了十分巨大的人流物流，铁路交通体系满足了中国地广人密、安全便捷、速度快、运量大等要求。

经过多年发展，我国高铁、铁路相关技术及运载能力已经处于较为靠前的位置，同时铁路信号机械室的规模、数量、标准也在不断提高，各种信号设备的新技术、新装备不断涌现，这对信号机械室的安全性提出了更高的要求。目前，我国大部分信号机械室仅配备火灾报警、灭火器等基本安全保护装置，其他因素缺少监测，关键设备缺少针对性的自动监测方案，主要以人工定期巡检为主，出现安全状况难以得到及时处置，容易造成不可挽回的损失。这种巡检方式发现问题不及时，缺乏时效性，运行中的设备在无人监控时发生故障，故障不能被第一时间发现，有可能导致故障升级，造成信号中断、列车停运。

巡检机器人在各行各业都有广泛的应用，发达国家研发较早，并率先在电力行业领域投入使用。20世纪90年代，国内经过多年的研究在机器人的自主控制、设备结构等多项关键领域也先后取得了不同的研究成果。

视觉导航是巡检机器人研究的热点，双目立体视觉(Binocular Stereo Vision)作为机器视觉的一种重要方式，利用不同相机从不同方位拍摄目标获得多幅图像，通过计算目标对应点的视差，得到目标的三维信息。相比于常见的单目相机、RGB-D相机，双目相机能够更好地进行环境三维重建和目标定位。

在巡检机器人运行过程中，有多个关键技术影响着运行状态，其中路径规划决定着机器人能否有效避开障碍物，高效安全地完成巡检任务。采用视觉导航，以双目相机作为传感器来进行目标特征提取与识别，从而实现前景目标检测与定位，应用于路径规划，提供路径规划所需的环境信息，为后续的路径导航与避障提供先验知识，能够提高巡检机器人运行准确率和避障性能。

但是，采用双目相机进行三维匹配将会产生非常大的运算量，并且鲁棒性较差，而采用二维相机进行初步匹配与位姿估计，再利用双目相机进行三维匹配，同样会出现运算量较大的情况。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种铁路信号机械室巡检机器人的视觉导航方法，能够有效克服现有技术所存在的无法在较少运算负载情形下规划具有避障特性的最优巡检路径的缺陷。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种铁路信号机械室巡检机器人的视觉导航方法，包括以下步骤：

S1、获取机器人在初始点位时的初始相位图，并设定机器人在位姿调节点位处的目标相位图；

S2、根据初始相位图、预设运动参数和预设运动模型，确定机器人移动至位姿调节点位时的预测相位图；

S3、对预测相位图进行优化，以使得预测相位图与目标相位图的差别最小，并将预测相位图中的信息作为机器人的位姿信息；

S4、在设置有巡检任务的任务点网上规划最优巡检路径；