(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 202210447686.3 (22)申请日 2022.04.22 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 彭刚　万少威　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 专利代理师 徐美琳 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于距离值序列约束的转向架轮对定 位系统和方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于距离值序列约束的 转向架轮对定位系统和方法， 其中系统包括： 前 置相机、 后置相机和车载计算平台； 前置相机位 于巡检机器人前端， 用于实时采集2D图像； 后置 相机位于巡检机器人后端， 用于实时采集2D图像 和深度图； 所述车载计算平台位于巡检机器人内 部， 在前置相机和后置相机实时采集的2D图像中 先后检测到转向架轮对时， 从深度图中读取后置 相机到转向架轮对中心的前后多个深度距离组 成距离值序列， 将距离值序列所形成曲线的波谷 作为转向架轮对的轮轴位置， 计算轮对中心坐 标， 当巡检机器人中心距离轮对中心坐标的偏差 值达到预设范围时， 到达巡检工位， 实现精确对 位。 本发明定位准确、 成本低、 可靠性强、 后续图 像采集质量 好。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 114714360 A 2022.07.08 CN 114714360 A 1.一种基于距离值序列约束的转向架轮对定位系统， 其特征在于， 包括： 前置相机 (11)、 后置相机(13)和车 载计算平台(12)； 所述前置相机(11)位于巡检机器人(10)前端， 用于在巡检机器人巡检过程中实时采集 2D图像； 所述后置相机(13)位于巡检机器人(10)后端， 用于在巡检机器人巡检过程中实时采集 2D图像和深度图； 所述车载计算平台(12)位于巡检机器人(10)内部， 与前置相机和后置相机通信， 在前 置相机和后置相机实时采集的2D图像中先后检测到转向架轮对时， 从深度图中读取后置相 机到转向架轮对中心的前后多个深度 距离组成距离值序列， 将距离值序列所形成曲线的波 谷作为转向架轮对的轮轴位置， 计算轮对中心坐标， 当巡检机器人中心距离轮对中心坐标 的偏差值达 到预设范围时， 到 达巡检工位。 2.如权利要求1所述的一种基于距离值序列约束的转向架轮对定位系统， 其特征在于， 所述车载计算平台包括速度控制模块， 所述速度控制模块， 用于在前置相机实时采集的2D图像中检测到转向架轮对之前， 控 制巡检机器人匀速运动， 在前置相机实时采集的2D图像中检测到转向架轮对时， 控制巡检 机器人匀降速 至预设速度后匀速运动， 在到 达巡检工位时控制巡检机器人匀减速刹车。 3.如权利要求1或2所述的一种基于距离值序列约束的转向架轮对定位系统， 其特征在 于， 所述车 载计算平台包括轮对检测模块， 所述轮对检测模块， 用于采用轻量级卷积神经网络从前置相机和后置相机实时采集的 2D图像中检测转向架轮对， 当距离值序列中的距离变化趋势为先减小后增大时， 距离值序 列中依次为后置相 机至轮盘的距离集合、 后置相机至轮轴的距离集合、 后置相 机至轮盘的 距离集合， 通过后置相机 至轮轴的距离集 合计算轮对中心坐标。 4.如权利要求1或2所述的一种基于距离值序列约束的转向架轮对定位系统， 其特征在 于， 所述前置相机的曝光时间＜[前置相 机长边视野范围/(前置相 机长边像素值 ×巡检机 器人运动速度)]， 所述后置相机的曝光时间<[后置相机长边视野范围/(后置相机长边像素 值×巡检机器人运动速度)]。 5.如权利要求1或2所述的一种基于距离值序列约束的转向架轮对定位系统， 其特征在 于， 所述前置相机为2D相机或者3D相机， 所述后置相机为3D相机 。 6.一种基于距离值序列约束的转向架轮对定位方法， 所述方法应用于巡检机器人在转 向架对位停车时， 巡检机器人前端设置前置相机， 后端设置后置相机， 其特征在于， 所述方 法包括如下步骤： (1)当前置相机在巡检机器人巡检过程中实时采集的2D图像中检测到转向架轮对后， 进行下一步； (2)当后置相机在巡检机器人巡检过程中实时采集的2D图像中检测到转向架轮对， 从 后置相机采集的深度图中读取后置相机到转向架轮对中心的前后多个深度距离组成距离 值序列； (3)将距离值序列所形成曲线的波谷作为转向架轮对的轮轴位置， 计算轮对中心坐标， 当巡检机器人中心距离轮对中心坐标的偏差值达到预设范围时， 到达巡检工位， 巡检机器 人在转向架对位停车。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114714360 A 27.如权利要求6所述的一种基于距离值序列约束的转向架轮对定位方法， 其特征在于， 所述方法还 包括： 在前置相机实时采集的2D图像中检测到转向架轮对之前， 控制巡检机器人匀速运动， 在前置相机实时采集的2D图像中检测到转向架轮对时， 控制巡检机器人匀降速至预设速度 后匀速运动， 在到 达巡检工位时控制巡检机器人匀减速刹车。 8.如权利要求6或7所述的一种基于距离值序列约束的转向架轮对定位方法， 其特征在 于， 所述轮对中心坐标的具体 计算方式为： 当距离值序列中的距离变化趋势为先减小后增大时， 距离值序列中依次为后置相机至 轮盘的距离集合、 后置相机至轮轴的距离集合、 后置相机至轮盘的距离集合， 通过后置相机 至轮轴的距离集 合计算轮对中心坐标。 9.如权利要求8所述的一种基于距离值序列约束的转向架轮对定位方法， 其特征在于， 所述后置相 机同一时间采集的深度图中各像素位置与后置相 机采集的2D图像各像素位置 一致， 从深度图中读取后置相 机至轮轴的距离集合中各距离对应的深度图像素坐标， 在后 置相机至轮轴的距离集合中分别对深度图像素坐标 的横坐标和纵坐标进行求轮对中心运 算， 得到轮对中心坐标。 10.如权利要求8所述的一种基于距离值序列约束的转向架轮对定位方法， 其特征在 于， 所述后置相机采集的2D图像中检测 到转向架轮对时， 计算该2D图像中的轮对中心像素 坐标， 判断该点对应的深度距离是否在后置相机至轮轴的距离集合内， 若不在， 则将通过后 置相机至轮轴的距离集合计算的轮对中心坐标作为最终轮对中心坐标， 若在， 则将轮对中 心像素坐标和通过后置相机至轮轴的距离集合计算的轮对中心 坐标之间连线中心点坐标， 作为最终轮对中心坐标。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114714360 A 3