[发明专利]机器人在液体下建筑内高精度导航的方法和装置

说明书

本申请提供一种机器人在液体下建筑内高精度导航方法，包括：通过第一导航设备获取机器人的第一导航相关信息；通过第二导航设备获取机器人的第二导航相关信息；基于第一导航相关信息和第二导航相关信息获取机器人的初步位置信息；响应于建筑内特征部位的先验位置信息与机器人的初步位置信息之差在预定阈值内，通过图像声纳获取机器人的位置信息；以及融合第一导航相关信息、第二导航相关信息以及机器人的位置信息获取机器人的导航信息。本申请还提供机器人在液体下建筑内高精度导航的装置，依靠图像声纳识别液体下建筑的特征部位，实现机器人在液体下建筑内高精度导航。

技术领域

本申请涉及水下导航领域，尤其涉及机器人在液体下建筑内高精度导航的方法和装置。

背景技术

需要说明的是，本申请的高精度导航方案适于各种液体，例如，水、油、酒精等，为了方便起见，在如下的描述中将液体具体化为水。

目前，基于水下机器人的水利水电工程检测和维修是当前水利水电工程运维领域的一大趋势。水利水电工程检测和维修中经常需要水下机器人进入水利水电工程建筑内部检查设施状态，寻找缺陷和隐患并对缺陷部位进行修复。水利水电领域常见的水下建筑包含隧洞、倒虹吸、涵箱、水电站内部等。水下机器人的检测和修复作业需要水下机器人具备在水下建筑内高精度导航的能力。

由于电磁波等介质无法在水下长距离传播，陆上和空中大量使用的GNSS（GlobalNavigation Satellite System，全球导航卫星系统）无法在水下使用，水下高精度导航一直是导航领域内的难题。

陆上建筑内导航采用的技术手段包含wifi、蓝牙、视觉、激光等，在室内清扫机器人、室内设备、室内车辆和人员定位等领域存在大量应用。其中wifi和蓝牙的通信介质依然是电磁波，无法在水下长距离传播和有效应用。光线在水利水电工程中浑浊的水中传播距离有限，基于视觉或激光的导航方法难以使用。

水下导航的常用技术手段包括INS（Inertial Navigation System, 惯性导航系统）、水声DVL（Doppler Velocity Log，多普勒测速仪）、水声LBL/SBL/USBL导航（LongBaseline / Short Baseline / Ultra Short Baseline，长/短/超短基线）等。惯性导航存在误差随时间累积的问题。多普勒测速仪仅能够测速，定位误差也会随着时间累积，从而导致定位不准。LBL/SBL/USBL等水声导航需要外部水声基阵支持，且范围有限。

因此水下导航中一般将上述两种或多种导航方法综合应用，形成组合导航。然而，由于水声在水下建筑内存在遮挡、反射、多径等多种因素影响，LBL/SBL/USBL水声导航在水下建筑内应用效果不佳或根本无法使用；惯性导航、多普勒测速仪都存在定位误差，无法实现对水下机器人的高精度定位，在空间狭小的水下建筑内更加难以实现高精度导航，而且，惯性导航和多普勒测速仪的定位误差会随着时间累计，对于水利水电工程建筑内检测和作业的水下机器人，工作时间一般在2小时以上，“惯性导航+多普勒测速仪”组合导航的定位精度无法满足应用需求。

从而，由于水声在水下建筑内存在遮挡、反射、多径等多种因素影响，基于水声的导航方法在水下建筑内应用效果不佳甚至无法使用，水下建筑内的高精度导航尤其困难，相关的方案很少。

图像声纳（例如，多波束图像声纳、三维声纳、侧扫声纳）可以实时获取水下图像或点云（声纳图像），且具有测距能力，也可以认为是一种视觉手段。当前图像声纳多用于避障、目标探测、结构测量。也有研究利用SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，同步定位与建图）等方法开展了图像声纳导航的探索。由于声纳图像与光学图像存在较大差别，信噪比低，无色彩信息，干扰多，基于图像声纳的导航应用并不成熟。

发明内容