CN111179352A - 一种巡检机器人工作点位的同构定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及巡检机器人技术领域，具体涉及一种巡检机器人工作点位的同构定位方法，包括以下步骤：A）设定参考点；B）人工标定第一个设备区域内的工作点位；C）巡检机器人移动到下一个设备区域的参考点；D）根据步骤B获得的工作点位，使巡检机器人执行工作点位，在工作点位上拍摄目标图片，并根据目标图片，对工作点位进行微调，遍历每个工作点位；E）重复步骤C至D，直到完成全部设备区域。本发明的实质性效果是：通过设置参考点，使多个相似设备区域中，仅需要由人工标定其中一个设备区域的工作点位即可，减少了人工工作时长，通过自动微调，减少了后续人工进行微调的工作量，从而加快变电站巡查工作点位的快速部署。

Description

一种巡检机器人工作点位的同构定位方法

技术领域

本发明涉及巡检机器人技术领域，具体涉及一种巡检机器人工作点位的同构定位方法。

背景技术

巡检机器人在正式投运前的实施阶段，实施人员需要将变电站需要拍摄的表计，需要测温的接头等都设定在机器人的控制***中，每一个设备点对应一个点位信息，主要由机器人停靠点、云台位置、相机倍数以及相机焦距组成。变电站中存在一些设备区域，这些设备区域之间具有相似性。具体为变电站的每个区域下通常会分成n个除设备名以外，其余都相同的间隔。巡检机器人在标定这些设备点时，如果一一标点，则太过繁琐。考虑到间隔的相似性，在标定完一个间隔后，下一个间隔的所有点可通过实施软件的同构功能直接复制，从而可加快巡检机器人实施的效率，但由于位置偏差的客观存在，需要对同构定位得到的工作点位进行人工微调，虽然微调以及节省了大量的人工工作时间，但仍然比较繁琐，因而需要一种能够自动实现微调的技术。

申请人检索到一篇与本申请接近的中国专利文件，公开号为CN106125744A，公开日2016年11月16日，一种基于视觉伺服的变电站巡检机器人云台控制方法，包括：将变电站巡检机器人拍摄的变电站每一个预置位的设备图像都保存到模板库中；在预置位采集设备图像，上传至后台服务；后台服务中心调用模板库中的设备图像，采用SIFT算法对实时巡检图像与模板图像进行匹配，配准两幅图像共同的特征点；得到采集图像中设备区域的位置信息；验证采集图像中是否包含完整的待检测设备区域，进行“视觉伺服”次数的计数；将巡检机器人在预置位最后一次采集的设备图像进行模式识别处理，输出该设备的实时工作状态；该技术方案使机器人能够远距离大焦距下观测电力设备运行状态细节，实现了巡检机器人对变电站设备全覆盖进行观测的目标。但其需要进行大量的图像分析，运算耗时长，对硬件要求高，成本高昂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前变电站自动巡视中缺乏多工作点位的标定快速标定方法。提出了一种基于变电站设备区域相似性的高效率巡检机器人工作点位的同构定位方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种巡检机器人工作点位的同构定位方法，用于在具有若干个设备区域的巡检机器人的工作点位定位，所述若干个设备区域包含的工作点位之间的相对位置基本相同，包括以下步骤：A）在每个设备区域设定一个参考点，所述参考点相对于对应设备区域的工作点位的位置相同；B）由人工标定第一个设备区域内的全部工作点位，工作点位包括巡检机器人停靠位置、云台位置、相机倍数和相机焦距，所述工作点位的停靠位置相对参考点进行标定；C）使巡检机器人移动到下一个设备区域的参考点；D）根据步骤B获得的工作点位，使巡检机器人执行工作点位，在工作点位上拍摄目标图片，并根据目标图片，对工作点位进行微调，遍历每个工作点位；E）重复步骤C至D，直到完成全部设备区域。自动微调具有一定的成功率，自动微调不成功仍然需要人工进行微调，通过在人工标定工作点位上使相机取景的四周存在一定宽度的无色块边界或色块边界较少的留白，能够增大自动微调成功率。应用到变电站的设备区域以及对应轨道之间，距离、方位等差别较小的情况下，自动微调成功率也会更高。

作为优选，步骤D中，根据目标图片，对工作点位进行微调的方法包括：D1）微调相机焦距，使相机聚焦在目标设备区域，根据相机焦距微调结果，微调相机倍数，使相机取景框在相机焦距面上的大小维持相同；D2）在当前工作点位进行拍摄，获得目标图片；D3）提取目标图片含有的色块的边界，获得边界长度；D4）提取由人工标定的对应工作点位的标定目标图片含有的色块的边界，作为标定边界，获得标定边界的长度，获得步骤D3获得的边界长度与步骤D4获得的标定边界长度差值的绝对值，作为边界长度差；D5）若边界长度差小于第二阈值，则该工作点位的微调完成，反之，则按预设模式自动调整停靠位置以及云台位置并返回步骤D2）执行，若按预设模式自动调整停靠位置以及云台位置后，边界长度差仍大于或等于第二阈值，则发出报警或或产生异常记录后跳过本工作点位。通过补正D1调整过相机倍数后，边界长度差主要由于相机取景框的水平、垂直位置误差决定，通过调整停靠位置和云台位置能够改善边界长度差。

作为优选，步骤D5）中，按预设模式自动调整停靠位置以及云台位置的方法包括：D6）若边界长度差超过或等于第一阈值，所述第一阈值大于第二阈值，则微调停靠位置以及云台位置；D7）若边界长度差超过或等于第二阈值，则微调相机倍数，尝试使边界长度差小于第二阈值，若成功，则该工作点位微调完成，反之，报警或产生异常记录后跳过本工作点位的微调。人工标定的工作点位，应当在相机拍摄所得图片的四周留下适当的无色块边界，或色块边界足够少的留白区域，能够增大自动微调的成功率。第一阈值大于第二阈值以及所应用的变电站设备区域之间的相似程度，应当保证步骤D6的成功率，若变电站区域之间的相似程度不足够，则需要增大第一阈值。第一阈值以及第二阈值均由人工根据所应用的变电站设备区域之间的差异，轨道以及机器人的运行精度，进行设定。微调相机焦距，使相机聚焦在目标设备区域中，使用现有的自动对焦方法即可，通过设定微调相机焦距的微调范围，进行焦距调整的限制。

作为优选，当边界长度差超过或等于第一阈值时，微调停靠位置以及云台位置的方法包括以下步骤：D61）将步骤D3获得的边界分别投影到水平轴以及垂直轴，分别获得水平边界长度和垂直边界长度，所述投影的重叠部分均分别计入边界长度；D62）将步骤D4获得的标定边界分别投影到水平轴以及垂直轴，分别获得标定水平边界长度和标定垂直边界长度；D63）若水平边界长度与标定水平边界长度的差值的绝对值大于或等于第三阈值，则调整停靠位置；D64）若垂直边界长度与标定垂直边界长度的差值的绝对值大于或等于第三阈值，则调整云台位置。

作为优选，步骤D63中调整停靠位置的方法包括以下步骤：D631）将停靠位置以设定步长向前后移动设定的微调阈值距离，在每个步长点位执行步骤D1-D4，以及步骤D61-D62；D632）若这些步长点位存在某个点位，使得水平边界长度与标定水平边界长度的差值的绝对值小于第三阈值，则停靠位置的调整完成，若不存在这样的点位，则发出报警或记录异常后跳过该工作点位的微调。

作为优选，步骤D64中调整云台位置的方法包括以下步骤：D641）将云台位置以设定步长沿上下移动设定的微调阈值距离，在每个步长点位执行步骤D1-D4，以及步骤D61-D62；D642）若这些步长点位存在某个点位，使得垂直边界长度与标定垂直边界长度的差值的绝对值小于第三阈值，则云台位置的调整完成，若不存在这样的点位，则发出报警或记录异常后跳过该工作点位的微调。

作为优选，当边界长度差超过或等于第二阈值，微调相机倍数的方法包括以下步骤：D71）若边界长度小于标定边界长度，则按步长增大相机倍数，反之，则按步长减小相机倍数；D72）若步骤D71执行过程中，出现边界长度差先减小后增大或者直接增大的情况，则微调停靠位置以及云台位置，直到微调停靠位置以及云台位置均不能减小边界长度差后，再次执行步骤D71；D73）若在相机倍数微调限定范围内，使得边界长度差小于第二阈值，则相机倍数微调成功，反之，相机倍数微调失败。

本发明的实质性效果是：通过设置参考点，使多个相似设备区域中，仅需要由人工标定其中一个设备区域的工作点位即可，减少了人工工作时长，通过自动微调，减少了后续人工进行微调的工作量，从而加快变电站巡查工作点位的快速部署。

附图说明

图1为实施例一巡检机器人工作点位的同构定位方法流程框图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

一种巡检机器人工作点位的同构定位方法，用于在具有若干个设备区域的巡检机器人的工作点位定位，若干个设备区域包含的工作点位之间的相对位置基本相同，图1为实施例一巡检机器人工作点位的同构定位方法流程框图，本实施例包括以下步骤：A）在每个设备区域设定一个参考点，参考点相对于对应设备区域的工作点位的位置相同；B）由人工标定第一个设备区域内的全部工作点位，工作点位包括巡检机器人停靠位置、云台位置、相机倍数和相机焦距，工作点位的停靠位置相对参考点进行标定；C）使巡检机器人移动到下一个设备区域的参考点；D）根据步骤B获得的工作点位，使巡检机器人执行工作点位，在工作点位上拍摄目标图片，并根据目标图片，对工作点位进行微调，遍历每个工作点位；E）重复步骤C至D，直到完成全部设备区域。自动微调具有一定的成功率，自动微调不成功仍然需要人工进行微调，通过在人工标定工作点位上使相机取景的四周存在一定宽度的无色块边界或色块边界较少的留白，能够增大自动微调成功率。应用到变电站的设备区域以及对应轨道之间，距离方位差别较小的情况下，自动微调成功率也会更高。

步骤D中，根据目标图片，对工作点位进行微调的方法包括：D1）微调相机焦距，使相机聚焦在目标设备区域，根据相机焦距微调结果，微调相机倍数，使相机取景框在相机焦距面上的大小维持相同；D2）在当前工作点位进行拍摄，获得目标图片；D3）提取目标图片含有的色块的边界，获得边界长度；D4）提取由人工标定的对应工作点位的标定目标图片含有的色块的边界，作为标定边界，获得标定边界的长度，获得步骤D3获得的边界长度与步骤D4获得的标定边界长度差值的绝对值，作为边界长度差；D5）若边界长度差小于第二阈值，则该工作点位的微调完成；D6）若边界长度差超过或等于第一阈值，第一阈值大于第二阈值，则微调停靠位置以及云台位置；D7）若边界长度差超过或等于第二阈值，则微调相机倍数，尝试使边界长度差小于第二阈值，若成功，则该工作点位微调完成，反之，报警或产生异常记录后跳过本工作点位的微调。人工标定的工作点位，应当在相机拍摄所得图片的四周留下适当的无色块边界，或色块边界足够少的留白区域，能够增大自动微调的成功率。通过补正D1调整过相机倍数后，边界长度差主要由于相机取景框的水平、垂直位置误差决定，通过调整停靠位置和云台位置能够改善边界长度差，第一阈值大于第二阈值以及所应用的变电站设备区域之间的相似程度，应当保证步骤D6的成功率，若变电站区域之间的相似程度不足够，则需要增大第一阈值。第一阈值以及第二阈值均由人工根据所应用的变电站设备区域之间的差异，轨道以及机器人的运行精度，进行设定。

当边界长度差超过或等于第一阈值时，微调停靠位置以及云台位置的方法包括以下步骤：D61）将步骤D3获得的边界分别投影到水平轴以及垂直轴，分别获得水平边界长度和垂直边界长度，投影的重叠部分均分别计入边界长度；D62）将步骤D4获得的标定边界分别投影到水平轴以及垂直轴，分别获得标定水平边界长度和标定垂直边界长度；D63）若水平边界长度与标定水平边界长度的差值的绝对值大于或等于第三阈值，则调整停靠位置；D64）若垂直边界长度与标定垂直边界长度的差值的绝对值大于或等于第三阈值，则调整云台位置。

步骤D63中调整停靠位置的方法包括以下步骤：D631）将停靠位置以设定步长向前后移动设定的微调阈值距离，在每个步长点位执行步骤D1-D4，以及步骤D61-D62；D632）若这些步长点位存在某个点位，使得水平边界长度与标定水平边界长度的差值的绝对值小于第三阈值，则停靠位置的调整完成，若不存在这样的点位，则发出报警或记录异常后跳过该工作点位的微调。

步骤D64中调整云台位置的方法包括以下步骤：D641）将云台位置以设定步长沿上下移动设定的微调阈值距离，在每个步长点位执行步骤D1-D4，以及步骤D61-D62；D642）若这些步长点位存在某个点位，使得垂直边界长度与标定垂直边界长度的差值的绝对值小于第三阈值，则云台位置的调整完成，若不存在这样的点位，则发出报警或记录异常后跳过该工作点位的微调。

当边界长度差超过或等于第二阈值，微调相机倍数的方法包括以下步骤：D71）若边界长度小于标定边界长度，则按步长增大相机倍数，反之，则按步长减小相机倍数；D72）若步骤D71执行过程中，出现边界长度差先减小后增大或者直接增大的情况，则微调停靠位置以及云台位置，直到微调停靠位置以及云台位置均不能减小边界长度差后，再次执行步骤D71；D73）若在相机倍数微调限定范围内，使得边界长度差小于第二阈值，则相机倍数微调成功，反之，相机倍数微调失败。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种巡检机器人工作点位的同构定位方法，用于在具有若干个设备区域的巡检机器人的工作点位定位，所述若干个设备区域包含的工作点位之间的相对位置基本相同，其特征在于，

包括以下步骤：

A）在每个设备区域设定一个参考点，所述参考点相对于对应设备区域的工作点位的位置相同；

B）由人工标定第一个设备区域内的全部工作点位，工作点位包括巡检机器人停靠位置、云台位置、相机倍数和相机焦距，所述工作点位的停靠位置相对参考点进行标定；

C）使巡检机器人移动到下一个设备区域的参考点；

D）根据步骤B获得的工作点位，使巡检机器人执行工作点位，在工作点位上拍摄目标图片，并根据目标图片，对工作点位进行微调，遍历每个工作点位；

E）重复步骤C至D，直到完成全部设备区域。

2.根据权利要求1所述的一种巡检机器人工作点位的同构定位方法，其特征在于，

步骤D中，根据目标图片，对工作点位进行微调的方法包括：

D1）微调相机焦距，使相机聚焦在目标设备区域，根据相机焦距微调结果，微调相机倍数；

D2）在当前工作点位进行拍摄，获得目标图片；

D3）提取目标图片含有的色块的边界，获得边界长度；

D4）提取由人工标定的对应工作点位的标定目标图片含有的色块的边界，作为标定边界，获得标定边界的长度，获得步骤D3获得的边界长度与步骤D4获得的标定边界长度差值的绝对值，作为边界长度差；

D5）若边界长度差小于第二阈值，则该工作点位的微调完成，反之，则按预设模式自动调整停靠位置以及云台位置并返回步骤D2）执行，若按预设模式自动调整停靠位置以及云台位置后，边界长度差仍大于或等于第二阈值，则发出报警或或产生异常记录后跳过本工作点位。

3.根据权利要求2所述的一种巡检机器人工作点位的同构定位方法，其特征在于，

步骤D5）中，按预设模式自动调整停靠位置以及云台位置的方法包括：

D6）若边界长度差超过或等于第一阈值，所述第一阈值大于第二阈值，则微调停靠位置以及云台位置；

D7）若边界长度差超过或等于第二阈值，则微调相机倍数，尝试使边界长度差小于第二阈值，若成功，则该工作点位微调完成，反之，报警或产生异常记录后跳过本工作点位的微调。

4.根据权利要求3所述的一种巡检机器人工作点位的同构定位方法，其特征在于，

当边界长度差超过或等于第一阈值时，微调停靠位置以及云台位置的方法包括以下步骤：

D61）将步骤D3获得的边界分别投影到水平轴以及垂直轴，分别获得水平边界长度和垂直边界长度，所述投影的重叠部分均分别计入边界长度；

D62）将步骤D4获得的标定边界分别投影到水平轴以及垂直轴，分别获得标定水平边界长度和标定垂直边界长度；

D63）若水平边界长度与标定水平边界长度的差值的绝对值大于或等于第三阈值，则调整停靠位置；

D64）若垂直边界长度与标定垂直边界长度的差值的绝对值大于或等于第三阈值，则调整云台位置。

5.根据权利要求4所述的一种巡检机器人工作点位的同构定位方法，其特征在于，

步骤D63中调整停靠位置的方法包括以下步骤：

D631）将停靠位置以设定步长向前后移动设定的微调阈值距离，在每个步长点位执行步骤D1-D4，以及步骤D61-D62；

D632）若这些步长点位存在某个点位，使得水平边界长度与标定水平边界长度的差值的绝对值小于第三阈值，则停靠位置的调整完成，若不存在这样的点位，则发出报警或记录异常后跳过该工作点位的微调。

6.根据权利要求4或5所述的一种巡检机器人工作点位的同构定位方法，其特征在于，

步骤D64中调整云台位置的方法包括以下步骤：

D641）将云台位置以设定步长沿上下移动设定的微调阈值距离，在每个步长点位执行步骤D1-D4，以及步骤D61-D62；

D642）若这些步长点位存在某个点位，使得垂直边界长度与标定垂直边界长度的差值的绝对值小于第三阈值，则云台位置的调整完成，若不存在这样的点位，则发出报警或记录异常后跳过该工作点位的微调。

7.根据权利要求4或5所述的一种巡检机器人工作点位的同构定位方法，其特征在于，

当边界长度差超过或等于第二阈值，微调相机倍数的方法包括以下步骤：

D71）若边界长度小于标定边界长度，则按步长增大相机倍数，反之，则按步长减小相机倍数；

D72）若步骤D71执行过程中，出现边界长度差先减小后增大或者直接增大的情况，则微调停靠位置以及云台位置，直到微调停靠位置以及云台位置均不能减小边界长度差后，再次执行步骤D71；

D73）若在相机倍数微调限定范围内，使得边界长度差小于第二阈值，则相机倍数微调成功，反之，相机倍数微调失败。

8.根据权利要求6所述的一种巡检机器人工作点位的同构定位方法，其特征在于，

当边界长度差超过或等于第二阈值，微调相机倍数的方法包括以下步骤：

D71）若边界长度小于标定边界长度，则按步长增大相机倍数，反之，则按步长减小相机倍数；

D72）若步骤D71执行过程中，出现边界长度差先减小后增大或者直接增大的情况，则微调停靠位置以及云台位置，直到微调停靠位置以及云台位置均不能减小边界长度差后，再次执行步骤D71；

D73）若在相机倍数微调限定范围内，使得边界长度差小于第二阈值，则相机倍数微调成功，反之，相机倍数微调失败。

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