城市轨道交通车辆智能巡检机器人定位系统 .pdfVIP

城市轨道交通车辆智能巡检机器人定位

系统

摘要：近年来，我国的城市化进程有了很大进展，城市轨道交通工程建设越

来越多。解决机器人在股道地沟内相对于城市轨道交通列车的定位问题，是将机

器人应用于轨道交通日常巡检业务的基础条件。本文就城市轨道交通车辆智能巡

检机器人定位系统进行研究，能够对不同股道上方城轨车辆开展智能巡检任务。

关键词：跨轨；自导航；误差分析；定位补偿

引言

在智能机器人逐渐取代人力劳动的当今社会，巡检机器人被广泛应用于多个

领域，包括动车组底部巡检、轨道巡检和高压电路巡检等。巡检机器人与人工巡

检相比，不但提升了巡检的工作效率，还减少了人工巡检在体力下降或脑力疲惫

等情况下所导致的巡检误差，确保了巡检工作的精确性。为了进一步提升巡检机

器人机械结构安全度，加大巡检机器人的巡检范围和巡检强度，研究人员提出对

巡检机器人机械结构参数进行优化，使巡检机器人更加实用与安全。

1移动智能巡检机器人系统

移动智能巡检机器人系统主要由轮式移动平台、协作机械臂及检测设备等组

成，如图1所示。移动智能巡检机器人系统以移动平台和协作机械臂作为运动的

载体，集成了工业相机、红外热成像仪、噪声、温湿度等一系列传感器。使用移

动式机器人首先要解决机器人定位问题，机器人定位包括X，Y，Z3个方向。若

在X，Y方向上无法精确定位，则会导致巡检作业机器人无法准确运动到每一个

巡检点(机器人在检修过程中停下的位置)。若在Z方向上无法精确定位，则机器

人上搭载的机械臂在巡检过程中可能与车底零部件发生碰撞。针对机器人定位问

题，AGV驱动及转向方式，在动车组股道检修地沟中提出安装定位以及测距传感

器来控制运载平台沿直线行走。在变电站车辆基地和电缆隧道检修环境中，研究

了在电缆隧道环境下使用惯性测量单元(IMU)、车轮里程计、激光雷达多传感器

数据融合的定位建图方法，并设计基于该方法的电缆隧道检修地沟定位建图系统，

来实现电缆隧道中在地沟走行过程中的精确定位。研究了一种应用于检修电力隧

道地沟环境下的共轭有哪些信誉好的足球投注网站算法，该算法通过搭建机器人巡检模型，解算机器人在

巡检过程中的位姿，并结合手眼标定和空间坐标的测量结果，实现机器人巡检目

标的有哪些信誉好的足球投注网站和坐标定位。

2智能巡检机器人定位方案

2.1X，Y轴定位误差来源与补偿方案

当前地沟环境下，巡检机器人底盘单独依靠激光导航，定位精度不满足使用

要求。规定入库端为巡检机器人X轴正向，地沟股道两侧方向为Y轴(垂直于巡

检机器人前进方向)。X，Y方向产生定位误差主要有2种来源：一是地沟股道两

侧有很多尺寸相近的立柱；二是地沟股道末端10m范围内，激光雷达所在的高度

只能扫描到两侧的墙体，几乎不存在明显特征。巡检机器人现场工作环境高度相

似，导致其无法实现高精度无轨导航定位。在地沟股道内，巡检机器人运动到中

心销下方，定位相机拍到中心销后，计算出检修机器人相对于中心销在X，Y方

向上的位置偏差值。巡检机器人根据偏差值进行补偿，完成其在股道检修地沟内

的初步定位。在地沟内巡检机器人主要通过激光SLAM导航，通过以下3种方式

提高定位精度：①在地沟股道两侧，不同位置的立柱处粘贴若干反光贴，在地沟

股道点云地图内录制反光贴，将其作为特征点，反光贴在地图中位置固定，巡检

机器人在行进的过程中，激光雷达每扫描到一个反光贴即对比机器人当前位置，

通过相应的导航算法对位置偏差进行补偿,如图二；②地沟两侧外部放置若干反

光贴，通过人为制造特征点，辅助激光SLAM导航；③在地沟末端两侧墙壁及台

阶上制造一些突起，并在其上放置反光贴。

图2地沟股道立柱

2.2后台监控系统

移动巡检机器人的后台监控系统主要负责手动遥控操作、移动机器人状态信

息查询、检测任务传感信息处理与识别、巡检任务的设置、巡检机器人的任务调

度、巡检信息实时监控、巡检结果查询与报表生成等。下面对移动巡检机器人后

台监控系统的部件软件功能进行详细介绍。1）手动遥控操作功能。在移动机器

人在巡检模式切换到手动遥控模式后，可以通过后台操作面板对移动巡检机器人

进行控制，包括移动平台的运动、6自由度协作机器人末端位置和姿态调整及可

见光和红外热成像相机模组的变焦控制等。2）巡检任务设置功能。用户可通过

后台监控系统，手动选择当前移动机器人所需执行巡检的任务；也可通过提前配

置好的工作表，让移动机器人自动执行巡检任务。在巡检任务中可以通过后台