[发明专利]一种攀爬机器人空间定位方法及空间定位系统

权利要求书

1.一种攀爬机器人空间定位方法，攀爬机器人包括机器人本体和设置于电脑端的机器人控制系统，机器人本体包括两组机器人末端，所述机器人末端设有用于行走的吸附模块，两组吸附模块均分别固定设有相机，所述吸附模块、相机均与机器人控制系统信号连接，其特征在于，空间定位方法包括以下步骤：

S1：基于建筑信息模型进行信息提取与运算，获得二维码标记信息数据库；所述建筑信息模型包括玻璃幕墙(2)、杆件和若干不同的二维码标记(1)，所述杆件连接于相邻玻璃幕墙(2)之间，所述二维码标记(1)设于玻璃幕墙(2)；

S2：通过所述相机采集图像信息，经无线图像传输模块传输至机器人控制系统；

S3：对相机与机器人末端进行手眼标定，求解相机与机器人末端之间的手眼标定矩阵机器人控制系统对步骤S2中所述图像信息中的二维码标记进行图像处理，获取二维码标记(1)的ID信息，将所述二维码标记(1)的ID信息在步骤S1所述二维码标记信息数据库中进行检索，获得标记坐标系与世界坐标系之间的变换矩阵采用针孔相机模型对相机进行标定，机器人控制系统对步骤S2中所述图像信息中的二维码标记(1)进行位姿估计，求解相机坐标系与标记坐标系之间的变换矩阵

S4：结合步骤S3中步骤S4中和步骤S5中求解出攀爬机器人(3)当前位姿矩阵

实现攀爬机器人(3)攀爬过程中的远程空间定位。

2.根据权利要求1所述的攀爬机器人空间定位方法，其特征在于，步骤S1中，所述建筑信息模型为在Autodesk Revit软件中建立的玻璃幕墙环境模型。

3.根据权利要求2所述的攀爬机器人空间定位方法，其特征在于，步骤S1中，信息提取与运算的步骤包括：先分出各种构件类型的集合，通过类过滤器来过滤所有图元，将过滤出的图元放在收集器中，遍历收集器中所有图元，依次判断是否为玻璃幕墙(2)、杆件以及二维码标记(1)，分别得到类型集合，提取玻璃幕墙(2)和杆件的几何信息及二维码标记(1)的ID信息和几何信息，将提取到的玻璃幕墙(2)和杆件的几何信息存储于电脑，将提取到的二维码标记(1)的ID信息和几何信息存储。

4.根据权利要求3所述的攀爬机器人空间定位方法，其特征在于，步骤S1中，根据信息提取获得的二维码标记(1)的几何信息，使用迭代就近点算法ICP算法计算标记坐标系到世界坐标系下的变换矩阵序列，与二维码标记(1)的ID信息共同生成二维码标记信息数据库。

5.根据权利要求4所述的攀爬机器人空间定位方法，其特征在于，标记坐标系中二维码标记的四个角点与世界坐标系中二维码标记的四个角点分别组成四组对应点，标记坐标系中二维码标记的四个角点与世界坐标系中二维码标记的四个角点视为已完美配准的两组“点云”，求解标记坐标系和世界坐标系之间的变换矩阵的方法为：

计算标记坐标系下描述的四个对应点的质心位置p，世界坐标系下描述的四个对应点的质心位置p′，计算每个点的去质心坐标：

q_i＝p_i-p,q_i′＝p_i′-p′(i＝1,2,3,4)

式中，p_i为标记坐标系下描述的第i个对应点的坐标，q_i为标记坐标系下描述的第i个对应点的去质心坐标，p_i′为世界坐标系下描述的第i个对应点的坐标，q_i′为世界坐标系下描述的第i个对应点的去质心坐标；

两组“点云”经过变换后的误差E(R，t)为：

其中，R为旋转矩阵，t为平移向量；

使E(R，t)取得最小值，计算优化后的旋转矩阵R^*：

根据优化后的旋转矩阵R^*计算优化后的平移向量t^*：

t^*＝p-R^*p^′。