多股道场景下地铁车辆巡检机器人导航方法、装置以及可读存储介质与流程

本发明涉及移动机器人，特别是一种涉及多股道场景下地铁车辆巡检机器人导航方法、装置以及可读存储介质。

背景技术：

1、随着城市轨道交通的快速发展，地铁列车的安全运行至关重要。为确保地铁列车的安全，对其进行零部件异常检测是必不可少的环节。传统的人工检测方式存在效率低下、漏检等问题，难以满足日益增长的地铁运营需求。

2、近年来，巡检机器人技术不断发展，为地铁列车的检测提供了新的解决方案。在多股道且股道沟道和两侧高度不一致需要升降台转移机器人的地铁维修站中，使用移动机器人加装视觉检测设备，利用先进的人工智能算法精准识别地铁零部件异常并及时上报智能管理平台的方案逐渐受到关注。然而，现有的解决方案存在一些不足之处。

3、在多股道场景下，一台机器人需要参与多条股道停靠列车的巡检工作，当机器人依靠升降台进行转场时，现有的导航方法多以固定顺序的导航点依次下发给机器人，以实现控制机器人的转场路径和指定的升降台。这种方法并非实时在线规划，无法结合升降台的实际状态生成最优路径。例如，当遇到升降台无法使用的情况时，机器人将无法继续运行，导致巡检工作中断。

4、此外，现有解决方案中，多股道场景下巡检机器人转场任务的配置过程复杂，需要人为地将升降台进出点配置到任务中，依次下发任务导航点。这不仅增加了工程实施的难度，还使得巡检机器人不能根据升降台的实时状态在线进行自主路径规划，严重影响了工作效率。同时，当巡检机器人运行时遇到预计通过的升降台发生异常，现有方法无法及时重新规划路径，导致机器人灵活性不足，无法有效应对突发情况。

5、综上所述，现有的地铁车辆巡检机器人导航方法在多股道场景下存在诸多问题，迫切需要一种能够简化任务配置过程、实现在线自主规划最优路径、自主确定预计通过的升降台并准确控制其状态的导航方法，以提高巡检效率和机器人的运行灵活性。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种多股道场景下地铁车辆巡检机器人导航方法、装置以及可读存储介质，针对目前技术存在的现有地铁车辆巡检机器人在多股道场景下的导航方法存在任务配置复杂、无法结合升降台状态在线自主规划路径、遇升降台异常无法重新规划路径等问题，导致巡检效率低且灵活性不足等问题。

2、本发明核心技术主要是一种多股道场景下地铁车辆巡检机器人导航方法，包括创建升降台模板、构建topo图、使用改进dijkstra算法生成路径、分割路径获取子目标点及属性并监控升降台状态控制机器人运动，以实现高效巡检。

3、第一方面，本发明提供了一种多股道场景下地铁车辆巡检机器人导航方法，所述方法包括以下步骤：

4、s00、在导航地图上创建包括关键点和轮廓角点的升降台模板，根据所有升降台位于导航地图上的坐标，生成对应的关键点和角点坐标参数；

5、其中，关键点属性包括点位id、所属升降台id、所属升降台当前状态、机器人通过时需求状态、到达关键点的速度配置、运动控制模式；

6、s10、接收到目标点后更新升降台实时状态信息，获取静态障碍物地图，将起点、目标点定义为与关键点类似类型，以创建拓扑图；

7、s20、使用改进的dijkstra搜索算法，生成包含起点到目标点以及升降台关键点的耗时最短的全局导航路径；

8、其中，改进的dijkstra搜索算法在计算初始点到各节点的代价时包括路径运行时间代价和经过升降台由于等待升降台改变状态的时间代价；

9、s30、根据全局路径的升降台关键点对全局导航路径进行分割，将升降台关键点设为子目标点，根据连续两个子目标点的属性确定预计通过的升降台和需求状态以及到达子目标点的运动参数；

10、s40、监控升降台状态，预计通过升降台的状态是否和需求状态一致，发送升降台需求状态控制指令，并根据升降台的状态控制机器人的运动。

11、进一步地，s00步骤中，在导航地图上创建包含五个关键点和四个轮廓角点的升降台模板，其中，五个关键点的中心点id为0，股道两侧进出关键点为1和3，股道沟道中进出关键点为2和4，按顺时针排序，四个轮廓角点为a、b、c、d；

12、以关键点0为基准点，根据升降台位姿与目标关键点0之间的坐标转换矩阵求出其他升降台关键点和角点位置，获取升降台参数列表并保存本地，每次启动机器人导航程序自动获取。

13、进一步地，s10步骤中，拓扑图的连通规则包括：

14、起点和目标点之间连通规则：在满足连线通过静态障碍物地图安全检测且与升降台角点矩形边线不相交条件下连通，若能连通则无需后续升降台关键点连通操作；

15、单个升降台内部连通规则：升降台非离线状态时，0和奇数id关键点位、0和偶数id关键点位双向连通；离线状态则不连通；

16、多升降台之间连通规则：在限制条件下，所有奇数id关键点双向连通、所有偶数id关键双向连通，建立升降台连通二维列表以便于查找连通性；

17、起点、目标点和关键点之间的连通规则：找到距离起点和目标点最近关键点确定最近升降台id，根据连通二维列表查找与最近升降台连通的其他升降台，起点单向连通关键点，关键点单向连通目标点。

18、进一步地，s20步骤中，升降台状态改变消耗时长代价根据关键点组合对升降台需求状态，采用连续三个连通点属性组合结果动态计算；

19、其中，升降台已到位或无请求时间代价为0；需求状态不一致且升降台升降时，机器人静止，时间代价为升降台升降消耗时长；进出升降台且需求状态改变时，结合前一点总代价计算，但不小于0。

20、进一步地，s30步骤中，将升降台关键点设为子目标点，根据连续两个子目标点的属性确定预计通过的升降台和需求状态以及到达子目标点的运动参数的具体步骤为：

21、根据关键点列表中前后关键点所属平台id、点位id及点位属性配置规则配置关键点属性，若连续三个点属同一平台且升降台需求状态一致，消除中间关键点0，保留升降台两侧关键点，生成目标点列表；

22、根据目标点属性获取预计通过升降台需求状态列表，提取所有预计通过升降台的第一个需求状态生成预先控制升降台列表，用于机器人运行时控制升降台状态。

23、进一步地，s40步骤中，机器人接收到子目标点后提取升降台id和需求状态到列表，同时更新预先控制升降台列表，通过对比两个列表中的升降台需求状态，根据不同结果控制机器人的运动状态。

24、进一步地，s40步骤中，机器人运行时获取升降台实时状态，对比两列表中升降台需求状态控制机器人运动步骤包括：

25、若列表中升降台未到位，按间隔发送控制指令；

26、若升降台存在异常情况，则机器人停止运行等待异常解除，等待超阈值则重新规划路径；重新规划时升降台未到位则将升降台状态强行置离线，等待任务完成后再更新升降台状态；若规划次数超最大次数则放弃此次任务；

27、若未到达最后目标点，更新目标点、运动模式以及速度继续执行。

28、第二方面，本发明提供了一种多股道场景下地铁车辆巡检机器人导航装置，包括：

29、升降台模板创建模块，在导航地图上创建包括关键点和轮廓角点的升降台模板，根据所有升降台位于导航地图上的坐标，生成对应的关键点和角点坐标参数；其中，关键点属性包括点位id、所属升降台id、所属升降台当前状态、机器人通过时需求状态、到达关键点的速度配置、运动控制模式；

30、拓扑图创建模块，接收到目标点后更新升降台实时状态信息，获取静态障碍物地图，将起点、目标点定义为与关键点类似类型，以创建拓扑图；

31、全局导航路径模块，使用改进的dijkstra搜索算法，生成包含起点到目标点以及升降台关键点的耗时最短的全局导航路径；其中，改进的dijkstra搜索算法在计算初始点到各节点的代价时包括路径运行时间代价和经过升降台由于等待升降台改变状态的时间代价；

32、处理模块，根据全局路径的升降台关键点对全局导航路径进行分割，将升降台关键点设为子目标点，根据连续两个子目标点的属性确定预计通过的升降台和需求状态以及到达子目标点的运动参数；

33、监控模块，监控升降台状态，预计通过升降台的状态是否和需求状态一致，发送升降台需求状态控制指令，并根据升降台的状态控制机器人的运动。

34、第三方面，本发明提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行上述的多股道场景下地铁车辆巡检机器人导航方法。

35、第四方面，本发明提供了一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，过程包括根据上述的多股道场景下地铁车辆巡检机器人导航方法。

36、本发明的主要贡献和创新点如下：

37、1.创建升降台模板并配置参数：可快速部署升降台，简化任务配置，能根据具体情况修改进出点位与运动控制模式、速度等参数。

38、2.构建topo（拓扑）图：结合机器人位置、目标点等信息创建topo图，明确各点之间的连通规则，无需任务指定预计通过的升降台，实现自动确定。

39、3.改进dijkstra算法生成路径：在计算初始点到各节点代价时，不仅考虑路径运行时间代价，还增加了经过升降台等待其改变状态的时间代价。通过上述改进，算法能够在多股道且有升降台的复杂场景下，更准确地计算路径代价，从而根据时长消耗最短为最优目标搜索出关键点列表，生成包含起点到目标点以及升降台关键点的耗时最短的全局导航路径。这使得机器人在导航过程中能够更好地结合升降台状态进行路径规划，提高了路径规划的合理性和效率，避免了因升降台状态变化而导致的不必要等待时间，增强了机器人在多股道场景下巡检任务的适应性和灵活性。

40、4.分割全局路径获取子目标点并配置属性：根据关键点列表生成目标点列表和预先控制升降台列表，用于机器人运行时控制升降台状态。

41、5.监控升降台状态并灵活控制机器人运动：机器人运行时能自主控制升降台状态，在升降台异常时及时作出策略应对，如停止运行等待异常解除或重新规划路径等，提高了机器人运行的灵活性和应对突发情况的能力。

42、本发明的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本发明的其他特征、目的和优点更加简明易懂。