[发明专利]一种电缆沟自动巡检装置及巡检方法

权利要求书

1.一种电缆沟自动巡检装置，包括四足机器人，其特征在于四足机器人配套有控制系统以及温湿度检测传感器、可燃气体检测传感器、激光雷达、深度相机、自动导航模块、无线通信模块、上位机、局放检测传感器、红外热像仪，控制系统是安装在上位机内的应用软件，自动导航模块是控制系统内的应用软件，温湿度检测传感器、可燃气体检测传感器、激光雷达、深度相机、无线通信模块、局放检测传感器、红外热像仪和上位机的多个信号交互端分别经数据线连接；应用电缆沟自动巡检装置的巡检方法如下，对电缆沟巡检前，首先完成控制系统的全局地图数据构建，具体将基于激光雷达和深度相机采集到的数据融合所构建的地图数据，输送到控制系统的自动导航模块中的建图节点，然后基于控制系统具体的全局地图路径规划算法进行全局路径的规划，再将地图数据用Gmapping-SLAM算法进行构图，构建完图之后且在避障和路径规划及路径更新功能作用下，控制系统就可对四足机器人自主导航时进行自主路径规划；所述构图流程具体包括计算激光雷达和深度相机的外参、计算相机坐标系空间点云在像素平面的投影、计算激光雷达极坐标系数据和直角坐标系坐标数据对应关系、计算融合更新后的数据、基于激光雷达和深度相机建立三维模型；所述避障和路径规划及路径更新中，四足机器人在真实运动过程中依据自身各传感器对电缆沟局部路径实时检测，当路径上没有障碍物则按照原路径继续前进，当检测到障碍物后判断全局路径和障碍物是否会发生干涉，如果不会干涉、则四足机器人正常前行，若发生干涉、则由局部路径规划调整四足机器人当前速度和位姿，同时进行全局路径不断的更新；所述温湿度检测传感器、可燃气体检测传感器、局放检测传感器、红外热像仪会将采集的现场温湿度数据、可燃气体数据、局部发电数据、现场环境热成像数据经无线通信模块远传到远端工作人员的互联网设备；计算激光雷达和深度相机的外参的公式为，式中，x_L,y_L,z_L是激光雷达在控制系统的坐标系的坐标，x_K,y_K,z_K是在深度相机图像坐标系的坐标，R为相对位置变换矩阵，T为平移矩阵；计算相机坐标系空间点云在像素平面的投影公式为，式中，fx、cx、fy和cy是深度相机标定得到的相机内参；计算激光雷达极坐标系数据和直角坐标系坐标数据对应关系，能得到激光雷达和深度相机的相对位置变换旋转矩阵及平移矩阵，实现单线激光雷达和深度相机的联合标定，具体的，激光雷达和深度相机采集的每一时刻的数据都有对应的时间戳；基于激光雷达和深度相机建立三维模型，步骤如下：S1、将携带有激光扫描测距雷达的四足机器人放置于电缆沟应用环境；S2、任务初始阶段，控制系统中心节点发出指令，四足机器人开始随机运动；S3、使用激光扫描测距雷达的单机器人激光SLAM算法，将自己建立的本地地图的增量更新传输给中心节点；S4、中心节点接收四足机器人建立的局部地图，通过地图拼接算法实时将多张局部地图拼接为一张范围逐渐增大的全局地图；S5、中心节点在合成后的地图中规划四足划机器人下一步的探索运动轨迹，将运动命令推送给四足机器人以保证整个环境都能被探索到；S6、重复步骤S3-S5，中心节点每次依次接收局部地图的增量更新，将局部地图的增量更新合并至全局地图中并进行优化，直至任务结束；避障和路径规划及路径更新中，能根据四足机器人的位姿以及激光雷达扫描数据结构构建的局部地图对全局地图进行递增式的更新；通过公式判断栅格是否被障碍物占据，进而判断出全局地图中的栅格被障碍物占据的情况，能实时地更新全局地图中的信息，式中，n_k表示在所有时刻栅格，n_k,beam表示在所有时刻栅格k被激光光束直接穿越，p_k表示所有时刻栅格k激光雷达直接照射数据；控制系统对四足机器人自主导航时进行自主路径规划中，四足机器人自带的深度摄像头，能识别物体和环境，并将视频和图像通过无线通信模块传输到上位机，配合激光雷达和深度摄像头，通过上位机的控制系统，电缆沟外的工作人员能经四足机器人管控平台选择机器人自主巡检模式或是手动巡检模式；四足机器人速度较快前行遇到障碍，需要急停的时候，控制系统会启动软急停保护程序，在两步内完成动作转换，四足机器人速度减慢防止和其他异物碰撞，在遇到异常摔倒的情况时，四足机器人的控制系统启动自带的摔倒保护功能，能重新站立并继续巡检，在四足机器人内部温度过高时，会启动过温保护模式，此时机器人会停止运动，避免机器人在巡检过程中出现其他故障。