一种单主多从协同定位的公路遗落物清理系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种单主多从协同定位的公路遗落物清理系统和方法，属于智能高速公路机器人技术领域，方法包括以下步骤：S1、启动主从机器人；S2、主机器人的双目摄像头获取沿途的路面图像并判断是否存在遗落物，如果存在则进入步骤S3，否则进入步骤S4；S3、捡拾遗落物；S4、根据巡检机器人的GPS定位模块确认是否抵达巡检终点，如果未抵达则返回步骤S1，否则停止所有设备运转，结束巡检；以及与该方法配套的系统，包括主机器人和从机器人，所述主机器人为巡检机器人（1），所述从机器人包括捡拾机器人（2）和至少两台辅助定位从机（3）；本发明专利技术能够提高主从公路遗落物清理系统定位的精度与泛用性。从公路遗落物清理系统定位的精度与泛用性。从公路遗落物清理系统定位的精度与泛用性。

【技术实现步骤摘要】
一种单主多从协同定位的公路遗落物清理系统和方法


[0001]本专利技术属于智能高速公路机器人
，具体涉及一种单主多从协同定位的公路遗落物清理系统和方法。

技术介绍

[0002]随着高速公路的长度的不断增加，以及私家车保有量的逐年增长，造成高速公路上道路遗落物的增多，进而增加了高速公路道路养护任务的难度和复杂度。同时，现有高速公路的道路养护过程为将单条道路封锁，派出专业养护人员对道路上的遗落物进行清理，该种清理方式引入了人员直接接触高速公路的危险，同时高速公路上高温、极寒等恶劣环境以及较长的养护里程会增加大量人员成本并对养护人员的人身安全造成危害。因此，实现高速公路道路养护、设计用于道路遗落物自动捡拾的智慧高速公路机器人是将来的必然要求。
[0003]目前，用于高速公路封道养护时的遗落物清理机器人主要有如下缺陷：对于主机挂载在护栏上的单主
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单从的协作机器人，其主机同时能完成交通路况巡检工作和本专利技术所述的遗落物清理检测工作，但是若养护车道非路旁车道，即定位距离较远时，限制于其设计，会大大降低对从机的定位精度，限制了从机遗落物清理功能的精准性与可靠性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决
技术介绍
中提及的问题，提供一种单主多从协同定位的公路遗落物清理系统和方法，能够提高主从公路遗落物清理系统定位的精度与泛用性。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种单主多从协同定位的公路遗落物清理系统，包括主机器人和从机器人，所述主机器人为巡检机器人，所述从机器人包括捡拾机器人和至少两台辅助定位从机；所述巡检机器人包括UWB主基站、双目摄像头、GPS定位模块和行走机构，所述行走机构用于将巡检机器人滑动连接在公路护栏上，并驱动其滑行；所述捡拾机器人包括UWB标签、回收槽、回收机构和第一驱动机构，所述回收机构用于拾捡目标物，并将其置于回收槽内，所述第一驱动机构用于驱动捡拾机器人在地面行走；所述辅助定位从机包括UWB从基站和第二驱动机构，所述第二驱动机构用于驱动辅助定位从机在地面行走。
[0007]作为优选，所述巡检机器人还包括外壳，所述UWB主基站和双目摄像头设置在外壳顶部，所述GPS定位模块设置在外壳内部，所述行走结构设置在外壳的内侧，所述行走机构包括外从动轮、内从动轮和主动轮，所述外从动轮和内从动轮转动连接在对应的转轴上，内从动轮位于外从动轮的内侧，所述外从动轮和内从动轮用于将巡检机器人扣置于公路护栏上；所述主动轮与驱动电机的输出轴连接；所述外从动轮、内从动轮和主动轮的侧壁与公路护栏相抵接触。
[0008]作为优选，所述捡拾机器人还包括壳体、摄像头、姿态传感器和里程计，所述摄像头设置在壳体的前端；所述姿态传感器和里程计设置在壳体内部，所述UWB标签设置在壳体
的顶部，所述回收槽也设置在壳体顶部，所述回收槽为顶部开口槽；所述回收机构壳体前端设有机械臂和铲斗，所述铲斗连接在机械臂的前端；所述第一驱动机构包括设置在壳体底部的四个车轮，其中至少一个车轮与驱动电机连接。
[0009]作为优选，所述UWB从基站设置在辅助定位从机的顶部，所述第二驱动机构包括两个驱动车轮和一个万向轮；所述驱动车轮与驱动电机连接，驱动车轮安装在辅助定位从机底部后方两侧，所述万向轮安装在辅助定位从机底部的前端。
[0010]一种利用上述任一项所述系统的公路遗落物清理方法，包括以下步骤：
[0011]S1、启动巡检机器人使其沿公路护栏滑行，捡拾机器人和辅助定位从机跟随巡检机器人在公路上移动；
[0012]S2、巡检机器人的双目摄像头获取沿途的路面图像并判断是否存在遗落物，如果存在则进入步骤S3，否则进入步骤S4；
[0013]S3、捡拾遗落物，具体包括以下分步骤：
[0014]S31、停止巡检机器人、捡拾机器人和辅助定位从机的移动，确认捡拾机器人和遗落物的二维坐标；
[0015]S32、根据步骤S31的结果，驱动捡拾机器人不断修正自身的运动轨迹前往遗落物所在位置并捡拾遗落物；
[0016]S33、巡检机器人的双目摄像头检测并确认是否完成所有遗落物的回收，如果已完成，则进入步骤S4，否则返回步骤S31；
[0017]S4、将捡拾机器人移动回公路边，并根据巡检机器人的GPS定位模块确认是否抵达巡检终点，如果未抵达则返回步骤S1，否则停止所有设备运转，结束巡检。
[0018]作为优选，步骤S2中巡检机器人通过图像阈值与深度学习模型检测双目摄像头获取的路面图像中的遗落物。
[0019]作为优选，步骤S31确定遗落物的二维坐标包括以下分步骤：
[0020]S501、根据步骤S2中检测到的遗落物在路面图像中的位置划定感兴趣区域；
[0021]S502、通过双目摄像头获得视差图，并计算感兴趣区域的平均视差；
[0022]S503、通过双目视觉定位算法确定遗落物相对于巡检机器人的二维坐标。
[0023]作为优选，步骤S31确定捡拾机器人位置包括以下具体步骤：
[0024]S601、将辅助定位从机上的UWB从基站轮流切换为标签模式，获取辅助定位从机相对于巡检机器人的二维坐标；
[0025]S602、根据捡拾机器人上UWB标签与UWB主基站和至少两个UWB从基站间的定位信息，利用TOA算法确定捡拾机器人相对于巡检机器人的二维坐标。
[0026]作为优选，步骤S32包括以下分步骤：
[0027]S321、根据步骤S31获取的捡拾机器人和遗落物的二维坐标，计算两点间的直线斜率和距离；
[0028]S322、根据步骤S321所得的两点间的直线斜率，通过捡拾机器人的姿态传感器调整自身角度；通过里程计计算已行进距离，当行进距离等于步骤S321所得的两点间的距离时，停止运动。
[0029]作为优选，步骤S322通过摄像头采集图像数据，利用视觉算法辅助调整捡拾机器人与遗落物的相对位置。
[0030]本专利技术的有益效果是：
[0031]1、通过巡检机器人和至少两台辅助定位机器人，通过UWB基站的位置信号检测和TOA算法能实现捡拾机器人的精准定位，捡拾机器人的定位精度仅受UWB基站对UWB标签测距精度的影响，相较于单巡检机器人和捡拾机器人的组合，定位效果更精准，且减少了主从机定位系统涉及的难度和定位数据计算的复杂度。
[0032]2、对捡拾机器人和遗落物进行精准定位后，可以通过捡拾机器人自动捡拾遗落物，能够实现公路封道养护时遗落物清理的自动化，减少人员直接接触公路路面的危险、降低人工成本。
[0033]3、本专利技术的计算压力集中于所述巡检机器人主机，可以降低所述三台从机(两台辅助定位从机和捡拾机器人)的功耗与成本，提高本专利技术整体作业时的续航能力。
附图说明
[0034]图1为本专利技术实施方法的整体流程图；
[0035]图2为本专利技术的主从机器人部署场景示意图；
[0036]图3为本专利技术的巡检机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单主多从协同定位的公路遗落物清理系统，其特征在于：包括主机器人和从机器人，所述主机器人为巡检机器人（1），所述从机器人包括捡拾机器人（2）和至少两台辅助定位从机（3）；所述巡检机器人（1）包括UWB主基站（13）、双目摄像头（14）、GPS定位模块和行走机构（12），所述行走机构（12）用于将巡检机器人（1）滑动连接在公路护栏上，并驱动其滑行；所述捡拾机器人（2）包括UWB标签（22）、回收槽（23）、回收机构（25）和第一驱动机构，所述回收机构（25）用于拾捡目标物，并将其置于回收槽（23）内，所述第一驱动机构用于驱动捡拾机器人（2）在地面行走；所述辅助定位从机（3）包括UWB从基站（31）和第二驱动机构，所述第二驱动机构用于驱动辅助定位从机（3）在地面行走。2.根据权利要求1所述的一种单主多从协同定位的公路遗落物清理系统，其特征在于：所述巡检机器人（1）还包括外壳（11），所述UWB主基站（13）和双目摄像头（14）设置在外壳（11）顶部，所述GPS定位模块设置在外壳（11）内部，所述行走结构（12）设置在外壳（11）的内侧，所述行走机构（12）包括外从动轮（121）、内从动轮（122）和主动轮（123），所述外从动轮（121）和内从动轮（122）转动连接在对应的转轴上，内从动轮（122）位于外从动轮（121）的内侧，所述外从动轮（121）和内从动轮（122）用于将巡检机器人（1）扣置于公路护栏上；所述主动轮（123）与驱动电机的输出轴连接；所述外从动轮（121）、内从动轮（122）和主动轮（123）的侧壁与公路护栏相抵接触。3.根据权利要求1所述的一种单主多从协同定位的公路遗落物清理系统，其特征在于：所述捡拾机器人（2）还包括壳体（21）、摄像头（24）、姿态传感器和里程计，所述摄像头（24）设置在壳体（21）的前端；所述姿态传感器和里程计设置在壳体（21）内部，所述UWB标签设置在壳体（21）的顶部，所述回收槽（23）也设置在壳体（21）顶部，所述回收槽（23）为顶部开口槽；所述回收机构（25）壳体（21）前端设有机械臂和铲斗，所述铲斗连接在机械臂的前端；所述第一驱动机构包括设置在壳体（21）底部的四个车轮（211），其中至少一个车轮（211）与驱动电机连接。4.根据权利要求1所述的一种单主多从协同定位的公路遗落物清理系统，其特征在于：所述UWB从基站（31）设置在辅助定位从机（3）的顶部，所述第二驱动机构包括两个驱动车轮（32）和一个万向轮（33）；所述驱动车轮（32）与驱动电机连接，驱动车轮（32）安装在辅助定位从机（3）底部后方两侧，所述万向轮（33）安装在辅助定位从机（3）底部的前端。5.一种利用权利要求1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卓，乔贵方，刘娣，林均泽，沈重霖，张颖，邹旭，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：