基于多传感器数据融合构图的变电站巡检机器人及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明隶属于移动机器人定位与导航技术领域，尤其涉及一种基于里程计、视觉、 激光雷达等多传感器数据融合技术构图的变电站巡检机器人及方法。
【背景技术】
[0002] 随着近几年变电站巡检机器人更深入的应用，复杂的变电站环境和变电巡检任务 对于巡检机器人的导航方式和导航定位精度提出了更高的要求，为了能够更好的适应复杂 的变电站环境，满足复杂变电站巡检任务的需要，越来越多的导航技术投入测试并投入应 用，激光导航技术即是其中之一。机器人激光导航过程中，实现自主定位和高精度导航是巡 检机器人完成巡检任务的重要如提，而实现定位和尚精度导航的关键在于建立起完整准确 的变电站环境地图，因此，变电站地图构建对于变电站巡检机器人进行激光导航具有重要 意义。目前对于变电站环境地图构建的方法主要有以下几种：
[0003] 1、使用3D(三维）激光扫描仪进行变电站环境地图构建。该方法是通过在变电站 内间隔选择多个位置进行全站多点环境数据采集。在每一个位置，3D激光扫描仪进行水平 360°三维环境数据采集。全站多点环境数据采集结束后，使用环境数据处理软件对采集到 的多点环境数据进行拼接再现处理，建立起变电站三维环境地图。在三维环境地图的基础 上进行裁剪，裁剪高度力求和变电站巡检机器人激光雷达的高度相同，裁剪之后整理输出 变电站巡检机器人定位导航可用的二维变电站环境地图。该方法虽然建图精度高，环境再 现效果好，但是该方法成本高，对于局部变电站地势不平的区域需要进行反复裁剪，并且对 于局部地图的修改不易。
[0004] 2、使用基于里程计、陀螺仪、激光雷达进行变电站地图构建的方法。该方法是机器 人在全站进行漫游，通过安装于机器人本体上的里程计、陀螺仪、激光雷达进行环境数据采 集。数据环境数据采集结束后，将数据进行格式转换并进行编辑，最终输出二维变电站环境 地图。该方法虽然方案具有一定的可行性，实现了环境数据采集、定位导航在同一台机器人 上集成，但是该方案由于里程计和陀螺仪属于相对定位方式存在误差，环境数据采集过程 中误差一直得不到修正，在长时间或大尺度航迹推算之后会存在较大的累积误差，环形回 路无法闭合，这就需要在后期环境数据处理中，除了数据格式转换和编辑外，为了修正累积 误差带来的地图变形，还需要引入复杂的ICP(最近点循环迭代匹配算法）、弹簧模型等算 法，方案复杂，另外还要进行大量细致的地图修改调整工作，参考标准模糊，工作量大且存 在修改之后的地图精度不高、再现效果不好等问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于多传感器数据融合技术构 图的变电站巡检机器人及其方法，通过不断对里程计进行反馈校正，有效的降低了里程计 长时间或大尺度航迹推算累计误差，解决了里程计累计误差造成的环形回路不闭合，地图 形变等问题。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种基于多传感器数据融合构图的变电站巡检机器人，包括机器人移动平台，所 述机器人移动平台上有工控机、里程计、测速传感器、视觉采集装置以及激光雷达；
[0008] 工控机：搭载到机器人移动平台上的计算机；
[0009] 行程计算装置：接收测速传感器信号，不断输出机器人当前的位置信息和航向角 信息，并将所述信息通过通信线路传送至工控机；
[0010] 视觉采集装置：用于采集变电站巡检机器人漫游路径上的标识线图像，并通过通 信线路传送至工控机；
[0011] 激光雷达：用于实现对变电站巡检机器人运行区域环境数据的扫描，并将扫描图 像通过通信线路传送至工控机；
[0012] 所述工控机与行程计算装置、视觉采集装置和激光雷达分别连接；行程计算装置 与测速传感器连接。
[0013] 所述视觉采集装置包括摄像机，摄像机镜头与地面平行，在摄像机镜头周围分布 有打光LED灯阵列，摄像机通过网线与工控机连接。
[0014] 在构图区域的变电站巡检机器人漫游路径上，设置标识线，所述标识线为颜色明 显区别于路面颜色的彩色色带或线。
[0015] 一种基于多传感器数据融合构图的变电站巡检机器人的构图方法，包括以下步 骤：
[0016] (1)变电站巡检机器人构图过程开始之前，在目标构图区域内的变电站巡检机器 人漫游路径上设置标识线；
[0017] (2)以变电站巡检机器人行程计算装置开始工作的位置作为原点（0,0,0)建立直 角坐标系，行程计算装置通过对测速传感器信号接收进行航迹推算，并输出t时刻变电站 巡检机器人当前的位置信息和航向角信息；
[0018] 同时，视觉采集装置采集变电站巡检机器人移动平台漫游路径上的标识线图像， 通过视觉图像处理识别出t时刻变电站巡检机器人移动平台相对于标识线的航向角信息；
[0019] 激光雷达扫描机器人移动平台漫游路径周围的环境，获得不同的激光雷达数据， 该数据包括采样旋转角度和该角度对应反射点的距离，并将扫描数据通过以太网传输至工 控机；
[0020] (3)根据激光雷达采集到t时刻的环境数据与行程计算装置上传t时刻的位置信 息和航向角信息对扫描区域进行局部构图，并通过同步定位输出变电站巡检机器人的位置 f目息和航向角彳目息；
[0021] (4)将同步定位处理得到的变电站巡检机器人的航向角信息与步骤⑵中通过视 觉图像处理识别出的航向角信息进行加权滤波处理，通过滤波得到信任度更高的航向角信 息；
[0022] (5)将同步定位处理得到的位置信息和加权滤波处理之后的航向角信息反馈到行 程计算装置实现对行程计算装置的校正；
[0023] (6)重复上述步骤⑵~（5)，循环迭代并将局部构图进行融合输出全局构图。
[0024] 所述步骤（2)中，行程计算装置通过对测速传感器信号接收进行航迹推算的方法 为：
【主权项】
1. 一种基于多传感器数据融合构图的变电站巡检机器人，其特征是，包括机器人移 动平台，所述机器人移动平台上有工控机、里程计、测速传感器、视觉采集装置W及激光雷 达； 工控机：搭载到机器人移动平台上的计算机； 行程计算装置；接收测速传感器信号，不断输出机器人当前的位置信息和航向角信息， 并将所述信息通过通信线路传送至工控机； 视觉采集装置；用于采集变电站巡检机器人漫游路径上的标识线图像，并通过通信线 路传送至工控机； 激光雷达；用于实现对变电站巡检机器人运行区域环境数据的