定位方法及作业方法、电子设备、轨道设备和存储介质与流程

1.本技术涉及轨道行走及定位技术领域，特别涉及一种定位方法及作业方法、电子设备、轨道设备和存储介质。


背景技术：

2.在轨道上进行作业的设备，例如铁轨的检修设备等，当检修设备在轨道上运行时，需要沿轨道进行行走；但是每一截轨道的长度以及枕木之间的间距等都会误差，如果按照每一截轨道的理论长度或枕木之间的理论距离去作业，则在多次重复作业后将会导致误差累计，误差累计到一定程度将会超出设备的作业范围，例如需要检修的扣件或者螺栓等落在螺栓或扣件的视觉检测装置视野以外等，从而导致后续无法完成正常作业。
3.申请内容
4.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种定位方法，其能够对轨道设备进行定位，避免因误差累计而导致无法正常作业的问题。
5.本技术还提出了一种应用有上述定位方法的作业方法、一种电子设备、一种轨道设备和存储介质。
6.根据申请第一方面实施例的定位方法，应用于轨道设备，包括有以下步骤：
7.获取初始位置下特征结构相对于轨道设备的位置，记为初始相对位置；
8.沿轨道行走一设定距离；
9.若轨道设备停止，则获取特征结构相对于轨道设备的位置，记为当前相对位置；
10.根据当前相对位置和初始相对位置对预设行走距离做补偿计算，得到修正行走距离；
11.以修正行走距离作为沿轨道进行下一次行走的设定距离。
12.根据本技术一些实施例的定位方法，其中，获取初始位置下特征结构相对于轨道设备的位置，包括有以下步骤：
13.采集初始位置下轨道的初始图像；
14.通过初始图像，获取初始位置下特征结构相对于轨道设备的位置(x0，y0)；其中x轴方向平行于轨道的长度方向，y轴方向平行于轨道的宽度方向。
15.根据本技术一些实施例的定位方法，其中，获取初始位置下特征结构相对于轨道设备的位置，还包括有以下步骤：
16.实时获取轨道图像，并控制轨道设备慢速行走；
17.若识别到特征结构，则停止行走；其中，轨道设备停止行走后的位置即为初始位置。
18.根据本技术一些实施例的定位方法，其中，若轨道设备停止，则获取特征结构相对于轨道设备的位置，包括有以下步骤：
19.在轨道设备停止行走后，采集当前轨道图像；
20.通过当前轨道图像，获取当前位置下特征结构相对于轨道设备的位置(x1，y1)。
21.根据本技术一些实施例的定位方法，其中，若轨道设备停止，则获取特征结构相对于轨道设备的位置，包括有以下步骤：
22.在轨道设备停止行走后，采集当前轨道图像；其中，采集次数在预设次数以内，预设次数不小于2次；
23.在每一次采集当前轨道图像后，均判断能否识别到特征结构；
24.若能够识别，则获取当前位置下特征结构相对于轨道的位置(x1，y1)；
25.若不能识别，且采集次数少于预设次数，则再次采集当前轨道图像；
26.若不能识别，且采集次数达到预设次数，则沿轨道行走预设行走距离；并且，再次获取特征结构相对于轨道设备的位置，记为当前相对位置。
27.根据本技术一些实施例的定位方法，其中，若不能识别，且采集次数达到预设次数，则沿轨道行走预设行走距离，还包括有以下步骤：
28.若不能识别，且采集次数达到预设次数，则记录下轨道设备当前所处位置；当前所处位置记录完成后，沿轨道行走预设行走距离。
29.根据本技术一些实施例的定位方法，其中，根据当前相对位置和初始相对位置对预设行走距离做补偿计算，得到修正行走距离，包括以下步骤：
30.通过x1和x0计算得到位置偏差δx；且δx＝x1‑
x0；
31.通过位置偏差δx对预设行走距离做补偿计算，得到修正行走距离；且修正行走距离＝预设行走距离+δx。
32.根据本技术一些实施例的定位方法，轨道设备从初始位置沿轨道第一次行走时，设定距离等于预设行走距离。
33.根据本技术一些实施例的定位方法，预设行走距离等于相邻两条枕木之间的理论距离或每一段轨道的理论长度。
34.根据本技术一些实施例的定位方法，轨道设备设置有相机、作业工具和运动机构，作业工具和相机均连接于运动机构上，运动机构用于带动相机和作业工具一起移动；其中，采集初始位置下轨道的初始图像，和/或，采集当前轨道图像，包括有以下步骤：
35.判断相机是否处于轨道设备上的预设拍照位置；
36.若相机处于非预设拍照位置，则通过运动机构带动相机运动至预设拍照位置；
37.若相机处于预设拍照位置，则启动相机采集图像。
38.根据本技术第二方面实施例的一种作业方法，应用于轨道设备，包括有以下步骤：
39.轨道设备在行走过程中，通过上述第一方面实施例的定位方法对轨道设备进行定位。
40.根据本技术第三方面实施例的一种作业方法，应用于轨道设备，包括有以下步骤：
41.若行走至特殊位置，则直接通过特殊位置；
42.轨道设备通过特殊位置后，通过上述第一方面实施例的定位方法对轨道设备进行定位。
43.根据本技术第四方面实施例的一种电子设备，包括：
44.至少一个处理器，以及，
45.与至少一个处理器电连接的存储器；其中，
46.存储器存储有指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行指令
时，实现第一方面实施例的定位方法，或实现第二方面实施例/第三方面实施例中的轨道设备作业方法。
47.根据本技术第五方面实施例的一种轨道设备，包括：
48.上述第四方面实施例的电子设备；
49.行走模块，被设置为能够行走于轨道，行走模块与处理器电连接；
50.特征识别模块，设置于行走模块，特征识别模块用于识别特征结构及获取特征结构相对于轨道设备的位置，特征识别模块与处理器电连接。
51.根据本技术第六方面实施例的一种存储介质，包括存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于执行上述第一方面实施例的定位方法，或用于执行第二方面方面实施例或第三方面实施例的作业方法。
52.根据本技术上述实施例，至少具有如下有益效果：通过在初始位置获取轨道上特征结构相对于轨道设备的位置(即初始相对位置)作为参照，并在轨道设备每一次行走后均获取该位置下特征结构相对轨道设备的位置(即当前相对位置)，而通过当前相对位置与初始相对位置之间的偏差即可获知该位置下的定位误差，从而根据当前相对位置与初始相对位置对预设行走距离做补偿计算得到的修正行走距离，并按照修正行走距离沿轨道进行下一次行走，即可在下一次的行走过程中实现对该位置下定位误差的补偿，从而避免误差在后续行走过程累计，进而避免出现因误差累计而导致的无法作业的问题。
53.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
54.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
55.图1为本技术第一方面实施例中定位方法的流程图示；
56.图2为本技术第一方面实施例中获取初始相对位置的流程图示；
57.图3为本技术第一方面实施例中获取当前相对位置的第一种流程图示；
58.图4为本技术第一方面实施例中获取当前相对位置的第二种流程图示；
59.图5为本技术第一方面实施例中计算得到修正行走距离的流程图示；
60.图6为本技术中第五方面实施例的轨道设备的结构示意图；
61.图7为本技术中第五方面实施例中作业模块的结构示意图。
62.附图标号：
63.行走模块100、驱控一体机200、作业模块300、相机310、运动机构320、作业工具330。
具体实施方式
64.下面详细描述本技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
65.在本技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、左、右、前、后等
指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
66.本技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本技术中的具体含义。
67.以下结合附图1至图5描述根据本技术第一方面实施例的定位方法，其主要应用于轨道设备，该轨道设备设置有行走模块100和作业工具330，作业工具330设置有行走模块100上，通过行走模块100轨道设备能够实现能够沿轨道行走。
68.参照图1，本实施例的定位方法，包括有以下步骤：
69.s100、获取初始位置下特征结构相对于轨道设备的位置，记为初始相对位置；
70.s200、沿轨道行走一设定距离；
71.s300、若轨道设备停止，则获取特征结构相对于轨道设备的位置，记为当前相对位置；
72.s400、根据当前相对位置和初始相对位置对预设行走距离做补偿计算，得到修正行走距离；
73.s500、以修正行走距离作为沿轨道进行下一次行走的设定距离。
74.可以理解的是，特征结构可以是轨道上的扣件、螺栓或者是相邻两截轨道间的缝隙等，轨道设备上可以设置特征识别模块，以对特征结构进行识别并获取特征结构相对轨道设备的位置；特征识别模块可以是相机310，还可以是超声波感应识别装置与红外线感应识别装置等，下面主要以相机310作为特征识别模块为例进行说明。
75.可以理解的是，轨道设备可以选择采用远程控制进行行走和作业，即可以通过远程控制终端及无线信号控制轨道设备进行行走、特征识别和作业；可以理解的是，还可以通过在轨道设备上设置相应电子设备作为控制模块，以轨道设备上携带的控制模块进行独立自主控制，通过该自主控制模块控制行走模块100、特征识别模块和作业工具330，从而控制轨道设备实现行走、特征识别和作业。
76.可以理解的是，可以在远程控制终端或者在自主控制模块内存储记录不同种类或型号的特征结构数据，例如记录不同型号的轨道螺栓图像数据、不同型号的轨道扣件图像数据等，从而使得轨道设备可以对不同种类和型号的特征结构进行识别，并完成相应的行走定位及作业，以提高该轨道设备的通用性。
77.可以理解的是，预设行走距离可以依据现有轨道的理论参数进行设定，并预先存储于远程控制终端或轨道设备自主的控制模块内。例如，当轨道设备用于对轨道螺栓进行拧紧时，由于轨道螺栓处于枕木上，轨道设备每一次行走的最佳距离应为相邻两段枕木之间的距离(两段枕木同一位置之间的距离)，此时可以将相邻两段枕木之间的距离作为预设行走距离进行存储；又例如，当轨道设备用于对相邻两截轨道之间的缝隙进行检测时，轨道设备每一次行走的最佳距离应为每截轨道的长度，此时可以将每截轨道的理论长度作为预设行走距离进行存储。
78.可以理解的是，在轨道设备从初始位置进行第一次行走时，由于此次行走前尚未进行行走，所以此次行走前也不存在误差，因此无需对预设行走距离进行补偿，或者可以认
为第一次行走前的当前相对位置与初始相对位置相同，即根据当前相对位置和初始相对位置对预设行走距离进行补偿计算时的补偿值为零。所以，在轨道设备从初始位置进行第一次行走时，设定距离等于预设行走距离。
79.本实施例的定位方法，通过在初始位置获取轨道上特征结构相对于轨道设备的位置(即初始相对位置)作为参照，并在轨道设备每一次行走后均获取该位置下特征结构相对轨道设备的位置(即当前相对位置)，而通过当前相对位置与初始相对位置之间的偏差即可获知该位置下的定位误差，从而根据当前相对位置与初始相对位置对预设行走距离做补偿计算得到的修正行走距离，并按照修正行走距离沿轨道进行下一次行走，即可在下一次的行走过程中实现对该位置下定位误差的补偿，从而避免误差在后续行走过程累计，进而避免出现因误差累计而导致的无法作业的问题。
80.参照图2，可以理解的是，步骤100中，获取初始位置下特征结构相对于轨道设备的位置，包括有以下步骤：
81.s130、采集初始位置下轨道的初始图像；
82.可以理解的是，具体地，在初始位置下通过设置于轨道设备的相机310对轨道设备当前所处的轨道进行拍照，从而获取初始位置下轨道的初始图像；
83.s140、通过初始图像，获取初始位置下特征结构相对于轨道设备的位置(x0，y0)；其中x轴方向平行于轨道的长度方向，y轴方向平行于轨道的宽度方向；
84.可以理解的是，通过图像处理技术，可以识别到初始图像中的特征结构；并且，可以以拍照位置下的相机310中心或者以轨道设备上的其他某一固定点建议轨道设备自身坐标系，以下为方便描述，该坐标系记为设备坐标系，设备坐标系以平行于轨道延伸方向为x轴，以轨道的宽度方向为y轴；根据事先标定得到的像素坐标系与设备坐标系之间的转换关系，即可根据特征结构在初始图像中的像素坐标，获取初始位置下特征结构在设备坐标系下的坐标(x0，y0)，也即初始相对位置。
85.从上述描述可知，在初始位置下，存在特征结构处于相机310的视野范围内才能够被识别并获取到相应的初始相对位置(x0，y0)，当相机310的视野范围内不存在特征结构时，将无法正常获取初始相对位置。为解决这一问题，可以理解的是，在步骤100中，获取初始位置下特征结构相对于轨道设备的位置，还包括有以下步骤：
86.s110、实时获取轨道图像，并控制轨道设备慢速行走；
87.可以理解的是，具体地，当轨道设备置于轨道上，并且轨道设备处于启动状态时，启动相机310并自动实时拍照，以获取轨道图像，在这一过程中，同时控制轨道设备慢速行走，在慢速行走的过程中，将会有特征结构逐步进入相机310视野，从而使得拍到的轨道图像中具有该特征结构；其中，可以理解的是，此处慢速行走定义为，相比于正常作业过程中的行走，行走的速度更低。
88.s120、若识别到特征结构，则停止行走；其中，轨道设备停止行走后的位置即为初始位置；
89.可以理解的是，在实时拍照过程中，特征结构进入相机310视野并被拍摄到之后，将能够从拍摄的轨道图像中识别到特征结构，此时即控制停止行走，由于行走为慢速行走，即使考虑惯性及反应时间，停止行走后也可保证这一特征结构仍会处于相机310的视野范围内；因此，此时轨道设备停止的位置即可作为初始位置，以使得再次通过相机310拍照即
可获取到这一特征结构相对与轨道设备的位置，也即初始相对位置(x0，y0)。
90.参照图3，可以理解的是，在步骤s300中，若轨道设备停止，则获取特征结构相对于轨道设备的位置，包括有以下步骤：
91.s311、在轨道设备停止行走后，采集当前轨道图像；
92.可以理解的是，当远程控制终端或者轨道设备自身的控制模块识别到轨道设备停止行走后，将控制相机310进行拍照以采集当前位置下的轨道图像。
93.s312、通过当前轨道图像，获取当前位置下特征结构相对于轨道设备的位置(x1，y1)；
94.可以理解的是，对获取到的当前轨道图像进行处理，与对初始位置时获取到初始图像的处理过程类似，将能够根据当前轨道位置的特征结构在当前轨道图像中的像素坐标，获取得到当前轨道位置下特征结构在设备坐标系下的坐标(x1，y1)，也就是当前位置下特征结构相对于轨道设备的位置，即当前相对位置。
95.在某些情况下，可能会出现特征结构缺少或者因相机310拍摄到的图像模糊，无法正确识别到特征结构的情况，在这两种情况下如果通过上述步骤s311和步骤s312，将无法正确获取到当前相对位置；为解决这一问题，可以理解的是，参照图4，在步骤s300中，若轨道设备停止，则获取特征结构相对于轨道设备的位置，还可以选择采用以下子步骤：
96.s321、在轨道设备停止行走后，采集当前轨道图像；其中，采集次数在预设次数以内，预设次数不小于2次；
97.s322、在每一次采集当前轨道图像后，均判断能否识别到特征结构；
98.s323a、若能够识别，则获取当前位置下特征结构相对于轨道的位置(x1，y1)；
99.s323b、若不能识别，且采集次数少于预设次数，则再次采集当前轨道图像；
100.s323c、若不能识别，且采集次数达到预设次数，则沿轨道行走预设行走距离；并且，再次获取特征结构相对于轨道设备的位置，记为当前相对位置；
101.可以理解的是，由于预设次数不少于2次，当通过相机310进行第一次拍摄时出现成像模糊，而导致此次采集到的当前轨道图像中无法识别到特征结构时，将会继续进行第二次拍摄，甚至会一直拍摄并识别直至拍摄次数达到预设次数，多次拍摄和多次识别将能够避免因偶然原因导致的成像模糊而带来的无法识别到特征结构的问题。而在轨道的这一位置上特征结构存在缺失时，无论拍摄采集当前轨道图像多少次，都将无法从拍摄到的当前轨道图像中识别到特征结构，因此达到预设次数过后，再沿轨道行走预设行走距离将会来到下一个具有特征结构的位置附近，此时再通过前述的步骤s321和s322再次进行采集和拍摄将能够获取到下一个特征结构相对与轨道设备的位置，并以该位置作为当前相对位置，从而使得轨道设备能够行走通过特征结构缺失的位置，以继续进行行走定位及完成对特征结构的相应作业。
102.可以理解的是，在上述步骤s323c的基础上，其中，若不能识别，且采集次数达到预设次数，则沿轨道行走预设行走距离，还包括有以下步骤：
103.若不能识别，且采集次数达到预设次数，则记录下轨道设备当前所处位置；当前所处位置记录完成后，沿轨道行走预设行走距离。
104.可以理解的是，通过上述步骤，可以从远程控制终端或自主的控制模块中，调出相应的位置数据，以便在在轨道设备作业完成后，再次核实轨道在存储记录的位置上是否真
的存在特征结构缺失，从进而便于进行相应的维修。
105.根据本技术一些实施例的定位方法，参照图5，步骤s400中，根据当前相对位置和初始相对位置对预设行走距离做补偿计算，得到修正行走距离，包括以下步骤：
106.s410、通过x1和x0计算得到位置偏差δx；且δx＝x1‑
x0；
107.s420、通过位置偏差δx对预设行走距离做补偿计算，得到修正行走距离；且修正行走距离＝预设行走距离+δx；
108.可以理解的是，由于轨道设备整体只能够沿轨道的延伸方向(即长度方向)行走，因此在对下一次行走的距离做补偿时，也是针对轨道延伸方向上进行补偿，因而只需通过当前相对位置与初始相对位置之间在轨道长度方向的位置偏差，对预设行走距离做补偿计算即可。
109.可以理解的是，为了使得相机310的视野能够纳入较多的轨道部分，以使得相机310对特征结构的识别范围更大从而便于识别，相机310距离轨道的高度应相对较高；但是在实际作业的过程中，作业工具330需要精准地定位到特征结构上，因此作业过程又希望能够精准地识别到特征结构的位置，这就需要相机310距离特征结构较近；为能够同时达到上述两种目的，可以将相机310与作业工具330一起连接设置在轨道设备的运动机构320上，运动机构320用于带动相机310和作业工具330一起移动；但是，当相机310的位置出现改变时，像素坐标系与设备坐标系之间的转换关系将发生改变，进而，在识别获取初始相对位置时相机310的位置，与获取当前相对位置时相机310的位置应当要保持一致。因此，可以理解的是，在步骤s130中，采集初始位置下轨道的初始图像，以及，在步骤s311和步骤s321中，采集当前轨道图像，包括有以下步骤：
110.判断相机310是否处于轨道设备上的预设拍照位置；
111.若相机310处于非预设拍照位置，则通过运动机构320带动相机310运动至预设拍照位置；
112.若相机310处于预设拍照位置，则启动相机310采集图像；
113.可以理解的是，预设拍照位置可以根据相机310精度参数等预先存储于远程控制终端或轨道设备的自主控制模块内部；可以理解的是，运动机构320可以选择采用多轴关节机器人、还可以选择采用三坐标机构等。
114.以下描述本技术第二方面实施例的作业方法，其应用于轨道设备，具体地，其通过上述第一方面实施例的定位方法在轨道上进行定位，以使得轨道设备在对特征结构进行作业时，均能够完成准确定位，以提高作业效率。
115.以下描述本技术第三方面实施例的作业方法，其应用于轨道设备；在实际作业过程中，轨道上存在有特殊位置，例如岔道等，在岔道等位置特征结构将与轨道的一般位置之间存在较大差异(例如在岔道的轨道螺栓和扣件等都会发生改变)，此时原本需要进行位置识别和作业的特征结构将会在较长距离内出现缺少；因此，本实施例中，在上述第二方面实施例的基础上，针对特殊位置将通过直接通过方式，以提高作业效率。
116.可以理解的是，具体地，本实施例的一种作业方法，应用于轨道设备，包括有以下步骤：
117.若行走至特殊位置，则直接通过特殊位置；
118.轨道设备通过特殊位置后，通过上述第一方面实施例的定位方法对轨道设备进行
定位。
119.可以理解的是，在轨道设备的自主控制模块内或者远程控制终端内，记录有轨道数据，并建立有轨道地图参数，并且自主控制模块内或者远程控制终端内预设有相应指令程序，岔道等特殊位置已提前设置为避让区域，当检测识别到轨道设备行走到岔道等特殊位置时，轨道设备将会直接快速通过，不再进行特征结构识别定位及作业等，在通过特殊位置之后，再通过第一方面实施例的定位方法，再次在轨道上进行定位。
120.以下描述本技术第四方面实施例的一种电子设备，该电子设备包括至少一个处理器，以及，与至少一个处理器电连接的存储器；其中，存储器存储有指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行指令时，实现上述第一方面实施例的定位方法，以及实现上述第二方面实施例或第三方面实施例中的轨道设备作业方法。
121.可以理解的是，该电子设备可以是设置于远程控制终端，也可以是设置于轨道设备的自主控制模块内，例如当轨道设备的自主控制模块为驱控一体机200时，电子设备可为集成于驱控一体机200内部的plc控制器。
122.参照图6和图7，以下描述本技术第五方面实施例的一种轨道设备，其包括上述第四方面实施例的电子设备、行走模块100和特征识别模块；行走模块100被设置为能够行走于轨道，行走模块100与处理器电连接；特征识别模块设置于行走模块100，特征识别模块用于识别特征结构及获取特征结构相对于轨道设备的位置，特征识别模块与处理器电连接。
123.可以理解的是，如上述第一方面实施例描述的，特征识别模块可以采用相机310、超声波感应识别装置、红外线感应识别装置等，只要其能够用于识别特征结构及获取得到特征结构相对于轨道设备的位置即可。
124.可以理解的是，行走模块100包括有车架、轨道轮和行走驱动装置，轨道轮设置于车架下方并且位置对应轨道中的铁轨部分，行走驱动装置包括有伺服电机、车轴和传动机构等，车轴连接轨道轮，伺服电机通过传动机构连接车轴，从而驱动轨道轮转动，进而实现轨道设备在轨道上行走。轨道设备中的作业工具330、运动机构320、特征识别模块等均连接于车架上。
125.可以理解的是，为了便于安装，轨道设备中作业工具330、运动机构320及特征识别模块(比如相机310)可以集成为一个整体，并共同构成作业模块300。
126.以下描述本技术第六方面实施例的一种存储介质，其包括存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于执行上述第一方面实施例的定位方法，或用于执行第二方面方面实施例或第三方面实施例的作业方法。
127.需说明的是，术语存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd
‑
rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。
128.上面结合附图对本技术实施例作了详细说明，但是本技术不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下做出各种变化。