(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210862281.6 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 国网安徽省电力有限公司 地址 230022 安徽省合肥市包河区黄山路9 号 申请人 合肥工业大 学　 中国能源建 设集团安徽省电力设计 院有限公司 (72)发明人 张金锋　都海波　常帅　谢枫　 汪胜和　罗义华　程智余　张天忠　 刘军　黄杰　张家倩　吴睿　 刘雁生　尤君怡　孟宪乔　周贺　 姚兰波　刘勇　王道静　高方景　 王军燕　刘大平　张永奈　何辉　 王鹏　惠金花　梅一　刘耀中　 程华龙　阮勇　(74)专利代理 机构 合肥和瑞知识产权代理事务 所(普通合伙) 34118 专利代理师 王挺 (51)Int.Cl. G06T 7/73(2017.01) G06T 7/33(2017.01) G06T 7/13(2017.01) G06T 5/20(2006.01) G06T 5/00(2006.01) G06T 7/80(2017.01) G06T 17/00(2006.01) G01C 21/20(2006.01) G01C 21/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于电力铁塔信息模型的高空作业机 器人定位方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于电力铁塔信息模型 的高空作业机器人定位方法， 涉及高空作业机器 人技术领域， 该方法： 根据电力铁塔的三维信息 模型进行特征点提取， 求解电力铁塔上各个特征 点的特征点坐标系与世界坐标系之间的变换矩 阵 将各个特征点的ID、 变换矩阵 存储于 特征点匹配数据库； 机器人上设有相机， 机器人 沿着电力铁塔上的一条腿进行攀爬作业过程中， 利用相机拍摄的图像进行特征点检测， 根据机器 人在该条腿 上所经过的特征点数量， 确定相机当 前拍摄的该特征点ID， 在特征点匹配数据库中查 找该特征点的特征点坐标系与世界坐标系之间 的变换矩阵 从而对机器人进行定位， 计算 得到机器人的当前位姿矩阵 本发明简化了 定位方式， 提高了 定位精度。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 115439532 A 2022.12.06 CN 115439532 A 1.一种基于电力铁塔信息模型的高空作业机器人定位方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： S1， 获取电力铁塔的三维信息模型； S2， 对该电力铁塔的三维信息模型进行 特征点提取； 求解电力 铁塔上各个特征点的特征点坐标系与世界坐标系之间的变换矩阵 其中， 上标W表示世界坐标系， 下 标B表示特 征点坐标系； 分别对电力铁塔各条腿上的特征点进行标号， 每个特征点都有对应的唯一ID即标号， 且同一条腿上的特 征点ID从下至上为依次递增； 将各个特 征点的ID、 变换矩阵 存储于特征点匹配数据库； S3， 机器人上设有相机， 对相机和机器人本体之间进行标定， 得到相机相对于机器人躯 干中心的位姿变换矩阵 其中， 上标C表示相机坐标系， 下 标R表示机器人坐标系； S4， 机器人沿着电力铁塔上的一条腿进行攀爬作业， 在机器人的初始位姿下， 相机镜头 对准该条腿的底端， 在机器人攀爬作业过程中， 相机实时拍摄图像， 利用相机拍摄的图像进 行特征点检测， 并对机器人在该 条腿上所经过的特征点进行计数； S5， 机器人沿着电力铁塔上的一条腿进行攀爬作业中， 若相机拍摄 图像中检测到有特 征点， 则根据机器人在该条腿上所经过的特征点数量， 确定相机 当前拍摄的该特征点ID； 根 据相机当前拍摄的该特征点ID， 在特征点匹配数据库中查找该特征点的特征点坐标系 与世 界坐标系之间的变换矩阵 对机器人进行定位， 该机器人的当前位姿矩阵 为： 其中， 为 的逆矩阵； 为相机坐标系与相机当前拍摄的该特征点的特征点坐标 系之间的变换矩阵。 2.根据权利要求1所述的一种基于电力铁塔信息模型的高空作业机器人定位方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 各个特征点的特征点坐标系与世界坐标系之 间的变换矩阵 的求解 方式如下 所示： S21， 在信息模型软件中对电力铁塔模型进行拆分， 拆分出各个特征点， 并提取各个特 征点的姿态信息； 特征点的姿态信息为( α, β,γ)， α 表示特征点坐标系相对于世界坐标系中X轴旋转的角 度， β 表示特征点坐标系相对于世界坐标系中Y轴旋转的角度， γ表示以特征点坐标系相对 于世界坐标系中Z轴旋转的角度； S22， 根据特征点的姿态信息(α, β,γ)， 求解该特征点相对于世界坐标系的旋转矩阵 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115439532 A 2S23， 特征点的位姿信息包括： 该特征点相对于世界坐标系的位移矩阵WPB和旋转矩阵 即特征点的位姿信息 S24， 根据 特征点的位姿信息， 利用齐次变换矩阵求解该特征点的特征点坐标系与世界 坐标系之间的变换矩阵 为： 3.根据权利要求1所述的一种基于电力铁塔信息模型的高空作业机器人定位方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 所述特征点包括： 螺栓、 节点板、 斜材三种类型中的任意一种或任意两 种或三种。 4.根据权利要求1所述的一种基于电力铁塔信息模型的高空作业机器人定位方法， 其 特征在于， 步骤S2中， 在信息模型软件中对电力 铁塔模型进行拆分， 拆分出各个特征点， 并提取各 个特征点的几何信息； 步骤S4中， 特 征点的检测方式， 具体如下 所示： 相机实时采集图像， 针对相机实时采集到的图像进行预处理， 包括滤波去噪处理和图 像增强处 理； 对预处 理后的图像进行边 缘提取， 根据特 征点的几何信息进行 特征点识别。 5.根据权利要求1所述的一种基于电力铁塔信息模型的高空作业机器人定位方法， 其 特征在于， 步骤S5中， 相机坐标系与相 机当前拍摄的该特征点的特征点坐标系之间的变换 矩阵 的求解过程如下 所示： S51， 根据相机拍摄图像， 读取特征点轮廓上的各轮廓顶点在图像中的像素坐标， 构建 像素坐标集U＝{u1,u2,···,un}＝{ui|i＝1,2, …,n}， 其中， ui表示第i个轮廓顶点在像素 坐标系中的像素坐标； n表示特 征点轮廓上轮廓顶点的数量； S52， 从电力铁塔的三维信息模型中， 读取出特征点轮廓上各轮廓顶点在特征点坐标系 中的三维坐 标， 构建三维坐标集C＝{c1,c2,···,cn}＝{ci|i＝1,2, …,n}， 其中， ci表示第 i个轮廓顶点在特 征点坐标系中的三维坐标； S53， 综合轮廓顶点在特征点坐标系中的三维坐标和在像素坐标系中的像素坐标， 根据 透视几何原理求出轮廓顶点在相机坐标系中的三维坐标， 构建三维坐标集C ′＝{c1′, c2′,···,cn′}＝{ci'|i＝1,2, …,n}； 其中， ci'表示第i个轮廓 顶点在相机坐标系中的三 维坐标；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115439532 A 3