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                                                       林〓欢，王〓锋
                                      (亿嘉和科技股份有限公司，江苏 南京〓210012)
摘要：针对变电站稀疏环境下智能巡检机器人初始定位误差大的问题，提出一种基于双三次插值法的巡检机器人初始位姿优化方法。首先对栅格地图进行定位窗口的扫描，计算出可能的位姿候选。然后根据变电站的环境特点，对位姿候选点进行置信度计算，从而得到分值最高的位姿作为初始定位估值。最后根据双三次插值法来构建初始位姿的优化目标函数，对初始定位的估值进行更精确的计算从而确定最优的初始位姿。实验结果显示，该方法能实现精确的初始定位且具有较强的鲁棒性。
关键词：双三次插值法；巡检机器人；初始位姿；变电站
中图分类号：TP24〓文献标识码：A〓文章编号：2095-509X(2018)05-0056-05

    目前智能电网的建设过程中需要对变电设备状态进行检测，利用变电站智能巡检机器人能够实现变电站全天候、全方位、全自主的智能巡检和监控，有效降低了工人劳动强度和变电站自身运行维护的成本，提高了巡检机器人正常作业和管理的智能化、自动化水平，为智能变电站提供了创新性的技术检测手段和全方位的安全保障。
    与传统的轨道式巡检机器人不同，利用二维激光定位导航的智能巡检机器人不仅可以节省轨道铺设的成本和工作量，而且巡检工作更加灵活，可以根据需要进行巡检路线的规划。巡检机器人在激光定位的工作过程中，机器人的初始定位会影响到整个巡检过程的效率和准确度。初始定位的不准确不仅会增加机器人迷路的可能性，而且对后续设备检测的位置和角度也会产生不良的影响。因此，初始位姿优化方法的设计，是开发变电站自主巡检机器人中的关键技术。
    机器人巡检过程中，初始定位与实时定位之间的主要区别在于：实时定位要求在毫秒级别内实现；而初始定位不受时间限制，可以进行更大范围的搜索和优化计算。
   目前大部分研究都默认初始位置已知，因此对初始定位的研究较为简单。最初使用2D激光测距雷达将扫描得到的地图和已知地图进行匹配，得到初始定位点，但是该方法计算量大，而且对扫描得到的信息无法进行精确的辨别，导致算法的鲁棒性差，无法适应环境中临时出现的轻微变化。TODD等采用全局求互相关的方法，将当前扫描图与已知地图中相关值最大的位置作为机器人的初始位置，但是该方法同样存在定位不准确、计算量大等问题。项志宇结合激光测距雷达数据的特点，提出了基于“完整线段”匹配的新方法来实现初始定位。只把完整的部分特征与已知地图进行匹配定位，虽然大大降低了计算量，但经常会出现局部匹配不符的情况，从而导致初始定位的不准确。王璐［4］利用隐马尔科夫模型（hidden markov model,HMM)对环境中特殊标记物之间的空间关系进行建模，可以较为有效地匹配相似环境，但无法用于动态环境中。
针对上述问题，本文提出了一种基于双三次插值算法的初始位姿优化方法。该方法考虑了变电站稀疏空旷的实际环境，对激光扫描得到的初始定位估值进行优化，采用双三次插值法来实现优化目标，可以得到最优的初始位姿。本文所提方法采用的硬件系统传感器包括里程计（odometer）、惯性导航单元（IMU）、激光传感器（laser）。软件系统使用机器人操作系统ROS（robot operating system）。在ROS系统下实现一个Car Localization的定位节点，


基金项目：南京市高端人才团队引进计划(10085048)
作者简介：林欢（1987—），男，广东汕头人，亿嘉和科技股份有限公司高级软件开发工程师，博士，主要研究方向为人工智能、机器视觉、移动机器人导航。

（文章来源《机械设计与制造工程》杂志如需详细资料请联系江苏机械门户网客服QQ:2980918915,电话025-83726289）

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