專利名稱：一種軌道式巡檢機器人的精確定位方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及到移動式機器人的設計領域，特指一種適用于軌道式巡檢機器人的精確定位方法。
背景技術：
在工礦企業(yè)中，需要定期對電氣、動力設備進行狀態(tài)巡檢，以便及時發(fā)現(xiàn)設備故障及故障隱患，并進而采取解決措施，以確保設備的安全運行。軌道式巡檢機器人就是一種為了實現(xiàn)狀態(tài)巡檢的有力工具，而要實現(xiàn)高精度的設備狀態(tài)監(jiān)測，必須實現(xiàn)巡檢機器人的精確定位。目前，常用的移動機器人定位方法包括如下幾種:1.利用限位開關。在機器人的行走軌跡上安裝限位開關，當機器人行駛到限位開關處時觸發(fā)限位開關動作并發(fā)出到位信號。采用這種定位技術主要優(yōu)點是:結構簡單、安裝方便、容易維護，但是這種方式也存在不足:需要較多的限位開關且每個限位開關需連接至計算機系統(tǒng)以獲取機器人準確位置，結構復雜；此外，限位開關容易受到潮濕、高溫等環(huán)境因素影響而失效或產(chǎn)生誤動作。2.行進距離編碼。對機器人進行距離編碼測量也是目前經(jīng)常使用的一種定位方法，該方法是通過在機器人上安裝編碼器，通過讀取車輪轉動的圈數(shù)來計算行駛距離并推測機器人的位置。該方法較簡單，但存在機器人車輪打滑現(xiàn)象，難以對機器人的實際位置實現(xiàn)精確定位。3.半導體滑線技術。在機器人行駛的軌跡正上方，放置兩根電源滑觸線和一根均勻電阻分布半導體滑線，機器人移動時，電刷在滑線上滑動，根據(jù)半導體兩端電流變化計算小車的實時位置。采用這種定位技術主要有點是:結構簡單、受環(huán)境干擾少、容易維護，但這種方式也存在不足:電流測量不準、電刷長時間摩擦導致接觸不良都會帶來位置信息計算錯誤、難以實現(xiàn)長時間精確定位。4.另外還有一些利用GPS、超聲波等定位方法，但是這些方法成本高、受環(huán)境影響大、技術復雜，不易實現(xiàn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題就在于:針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，本發(fā)明提供一種成本低廉、可控性好、精確度高、運行可靠性好的軌道式巡檢機器人的精確定位方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案:一種軌道式巡檢機器人的精確定位方法，在移動機器人本體上安裝位標檢測裝置，將移動機器人本體運行的軌道分為L段，則共有M = L-1個分段點，于每個分段點處安裝一組編碼式位標；當移動機器人本體啟動時開始計時，計算通過軌道上每一個分段時的速度并預測移動機器人本體到達預定位置所需的時間；當移動機器人本體到達檢測點停止后，通過圖像采集部件采集此時的位標圖像，將所述位標圖像與預先存好的基準圖像進行匹配，根據(jù)匹配結果控制移動機器人本體移動，完成自適應校正。作為本發(fā)明的進一步改進:所述位標檢測裝置安裝在移動機器人本體的前方底部，由兩個磁性金屬接近開關并排組成，通過磁性金屬接近開關檢測垂直下方一定距離內是否存在磁性金屬物質。每組所述編碼式位標包含一個基準編碼式位標和一個實際編碼式位標，所有所述編碼式位標的排列方向與位標檢測裝置的移動方向一致。所述基準編碼式位標和實際編碼式位標上均具有位置編碼孔；根據(jù)分段點數(shù)目M的不同，決定基準編碼式位標上編碼孔的個數(shù)N，其關系2N_i ^M^2n ;所述實際編碼式位標的編碼孔數(shù)目及安裝位置反映該安裝點的位置信息，該值在實際編碼式位標由二進制表示。所述位標檢測裝置中的一個磁性金屬接近開關檢測基準編碼式位標中的圓孔并計數(shù)，另一個磁性金屬接近開關同時檢測實際編碼式位標中圓孔的有無并形成對應的二進制編碼，以實時反饋移動機器人的定點位置信息。相鄰所述兩個編碼式位標之間均勻設置一定數(shù)量的金屬分段位標，通過金屬分段位標細分分段路線。當移動機器人本體啟動后開始計時，當位標檢測裝置檢測到分段位標后，根據(jù)啟動時與當前檢測到的分段位標間的距離，計算出移動機器人本體的移動速度，并預測移動機器人本體到達預定位置所需時間；每到達一個分段位標校正一次機器人小車的速度。所述移動機器人本體上設置控制器，所述控制器通過網(wǎng)絡把圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給集控中心計算機，并與集控中心計算機的數(shù)據(jù)庫中預先存好的基準圖像進行匹配。所述圖像采集部件安裝在一個兩自由度云臺上，通過控制兩自由度云臺使攝像頭對準任何角度并采集位標圖像。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明的軌道式巡檢機器人的精確定位方法，通過在移動機器人上設置位標檢測裝置，對軌道分段并在上設置用來識別的編碼式位標，輔助圖像采集裝置進行位標的識別匹配，就能夠對移動機器人的位置進行精確定位和適應性調整，應用本發(fā)明后，整個設備具有成本低廉、可控性好、精確度高、運行可靠性好等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的主視剖視結構示意圖。圖2是本發(fā)明的側視剖視結構示意圖。圖3是本發(fā)明中位置標識結構示意圖。圖例說明:1、網(wǎng)絡；2、移動機器人本體；3、控制器；4、位標檢測裝置；5、編碼式位標；6、軌道；
7、兩自由度云臺；8、圖像采集部件；51、基準編碼式位標；52、實際編碼式位標；53、分段位標。
具體實施例方式以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種軌道式巡檢機器人的精確定位方法為:在移動機器人本體2 (如:機器人小車)的底部安裝位標檢測裝置4。位標檢測裝置4安裝在移動機器人本體2的前方底部，由兩個磁性金屬接近開關并排組成，磁性金屬接近開關能檢測其垂直下方一定距離內是否存在磁性金屬物質，如鐵塊。將軌道6按照實際需要分為L段，則共有M = L-1個分段點，于每個分段點處安裝一組編碼式位標5。該編碼式位標5包含一個基準編碼式位標51和一個實際編碼式位標52，編碼式位標5的方向與位標檢測裝置4的移動方向一致。在相鄰兩個編碼式位標5之間均勻設置一定數(shù)量的金屬分段位標53，用來細分分段路線。當移動機器人本體2啟動時，開始計時，計算通過軌道6上每一個細分分段時的速度并預測移動機器人本體2到達預定位置所需的時間，從而實現(xiàn)移動機器人對任意位置的較準確定位。當移動機器人本體2到達檢測點停止后，通過圖像采集部件8(如:攝像頭)采集位標圖像?？刂破?通過網(wǎng)絡1(如:無線網(wǎng)橋)把圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給集控中心計算機，并與集控中心計算機的數(shù)據(jù)庫中預先存好的基準圖像進行匹配，通過圖像特征像素提取、尺度空間極值檢測、特征向量形成、特征匹配、邏輯坐標系與物理坐標系轉換等匹配算法步驟，得到匹配結果，然后根據(jù)匹配結果控制移動機器人本體2的前、后微移動，實現(xiàn)特征像素自適應校正，達到對移動機器人精確定位的目的。本實施例中,編碼式位標5包含基準編碼式位標51和實際編碼式位標52，如圖3所示。基準編碼式位標51和實際編碼式位標52上均具有位置編碼孔。根據(jù)分段數(shù)目M的不同，決定基準編碼式位標51上編碼孔的個數(shù)N，其關系2N_i < M < 2n。實際編碼式位標52的編碼孔數(shù)目及安裝位置反映該安裝點的位置信息，該值在實際編碼式位標52由二進制表示。舉例說明如下:若將軌道6分為16段，則定點個數(shù)為M= 15，則編碼孔的個數(shù)N =4 ;實際編碼式位標52上的孔的位置編碼信息，其中有孔代表1，無孔代表O。如:1號定點位置，實際編碼式位標52為0000 ；2號定點位置，實際編碼式位標52為0001 ；……；12號定點位置，實際編碼式位標52為1011 ；13號定點位置，實際編碼式位標52為1100 ；……，如此類推。 本實施例中，位標檢測裝置4的一個磁性金屬接近開關檢測基準編碼式位標51中的圓孔并計數(shù)，另一個磁性金屬接近開關同時檢測實際編碼式位標52中圓孔的有無并形成對應的二進制編碼，以實時反饋移動機器人的定點位置信息。本實施例中，數(shù)個分段位標53安裝在兩個相鄰編碼式位標5之間，如圖3所示，每隔一定短距離均勻安裝一個分段位標53，用來細分分段路線。當移動機器人本體2啟動后，控制器3開始計時，當位標檢測裝置4檢測到分段位標53后，控制器根據(jù)啟動時與當前檢測到的分段位標53間的距離，計算出移動機器人本體2的移動速度，預測移動機器人本體2到達預定位置所需時間。每到達一個分段位標53校正一次機器人小車速度，從而減少車輪打滑、摩擦系數(shù)不同等干擾，以達到移動機器人本體2在兩定點之間任意位置精確定位。本實施例中，圖像采集部件8 (如:攝像頭)安裝在一個兩自由度云臺7上，通過控制兩自由度云臺7能夠使攝像頭對準任何角度并采集位標圖像。移動機器人本體2到達檢測點停止后，控制器3讀取實時的位置信息，控制兩自由度云臺7使攝像頭轉動，采集特征明顯、距離近的位標圖像，通過網(wǎng)絡I (無線網(wǎng)橋)把圖像信息發(fā)到控制中心計算機，并與預先采集的標志物基準圖像進行自適應匹配，根據(jù)匹配結果，微調移動機器人的運動方向與位移，再進行特征像素自適應校正，直至采集的標志物圖像與基準圖像完全吻合，從而實現(xiàn)對預定位置的精確定位。本實施例中，上述匹配算法采用簡化SIFT算法，步驟如下:1.提取圖像特征像素點；圖像高斯尺度空間函數(shù)為:L(x, y, o ) = G(x, y, o)*I(x,y)(I)
權利要求
1.一種軌道式巡檢機器人的精確定位方法，其特征在于，在移動機器人本體上安裝位標檢測裝置，將移動機器人本體運行的軌道分為L段，則共有M = L-1個分段點，于每個分段點處安裝一組編碼式位標；當移動機器人本體啟動時開始計時，計算通過軌道上每一個分段時的速度并預測移動機器人本體到達預定位置所需的時間；當移動機器人本體到達檢測點停止后，通過圖像采集部件采集此時的位標圖像，將所述位標圖像與預先存好的基準圖像進行匹配，根據(jù)匹配結果控制移動機器人本體移動，完成自適應校正。
2.根據(jù)權利要求1所述的軌道式巡檢機器人的精確定位方法，其特征在于，所述位標檢測裝置安裝在移動機器人本體的前方底部，由兩個磁性金屬接近開關并排組成，通過磁性金屬接近開關檢測垂直下方一定距離內是否存在磁性金屬物質。
3.根據(jù)權利要求2所述的軌道式巡檢機器人的精確定位方法，其特征在于，每組所述編碼式位標包含一個基準編碼式位標和一個實際編碼式位標，所有所述編碼式位標的排列方向與位標檢測裝置的移動方向一致。
4.根據(jù)權利要求3所述的軌道式巡檢機器人的精確定位方法，其特征在于，所述基準編碼式位標和實際編碼式位標上均具有位置編碼孔；根據(jù)分段點數(shù)目M的不同，決定基準編碼式位標上編碼孔的個數(shù)N，其關系^M^2n ;所述實際編碼式位標的編碼孔數(shù)目及安裝位置反映該安裝點的位置信息，該值在實際編碼式位標由二進制表示。
5.根據(jù)權利要求 4所述的軌道式巡檢機器人的精確定位方法，其特征在于，所述位標檢測裝置中的一個磁性金屬接近開關檢測基準編碼式位標中的圓孔并計數(shù)，另一個磁性金屬接近開關同時檢測實際編碼式位標中圓孔的有無并形成對應的二進制編碼，以實時反饋移動機器人的定點位置信息。
6.根據(jù)權利要求1 5中任意一項所述的軌道式巡檢機器人的精確定位方法，其特征在于，相鄰所述兩個編碼式位標之間均勻設置一定數(shù)量的金屬分段位標，通過金屬分段位標細分分段路線。
7.根據(jù)權利要求6所述的軌道式巡檢機器人的精確定位方法，其特征在于，當移動機器人本體啟動后開始計時，當位標檢測裝置檢測到分段位標后，根據(jù)啟動時與當前檢測到的分段位標間的距離，計算出移動機器人本體的移動速度，并預測移動機器人本體到達預定位置所需時間；每到達一個分段位標校正一次機器人小車的速度。
8.根據(jù)權利要求1 5中任意一項所述的軌道式巡檢機器人的精確定位方法，其特征在于，所述移動機器人本體上設置控制器，所述控制器通過網(wǎng)絡把圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給集控中心計算機，并與集控中心計算機的數(shù)據(jù)庫中預先存好的基準圖像進行匹配。
9.根據(jù)權利要求1 5中任意一項所述的軌道式巡檢機器人的精確定位方法，其特征在于，所述圖像采集部件安裝在一個兩自由度云臺上，通過控制兩自由度云臺使攝像頭對準任何角度并采集位標圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軌道式巡檢機器人的精確定位方法，在移動機器人本體上安裝位標檢測裝置，將移動機器人本體運行的軌道分為L段，則共有M＝L-1個分段點，于每個分段點處安裝一組編碼式位標；當移動機器人本體啟動時開始計時，計算通過軌道上每一個分段時的速度并預測移動機器人本體到達預定位置所需的時間；當移動機器人本體到達檢測點停止后，通過圖像采集部件采集此時的位標圖像，將所述位標圖像與預先存好的基準圖像進行匹配，根據(jù)匹配結果控制移動機器人本體移動，完成自適應校正。本發(fā)明具有成本低廉、可控性好、精確度高、運行可靠性好等優(yōu)點。
文檔編號G05D1/02GK103197679SQ20131009489
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權日2013年3月22日
發(fā)明者樊紹勝 申請人:長沙理工大學