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龙图腾网恭喜华南理工大学申请的专利基于多传感器融合的管道爬壁机器人航迹推算方法及系统获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115597606B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-05-23发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211322414.7，技术领域涉及：G01C21/20；该发明授权基于多传感器融合的管道爬壁机器人航迹推算方法及系统是由李琳;魏振晔;张铁设计研发完成，并于2022-10-27向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于多传感器融合的管道爬壁机器人航迹推算方法及系统在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于多传感器融合的管道爬壁机器人航迹推算方法及系统，其系统主要由性测量单元、机器人底部与壁面贴合的光学导航传感器和上位机构成。而其方法在EKF的算法框架中将惯性测量单元和光学导航传感器采集的数据进行融合，然后引入BPNN补偿惯性测量单元由静态漂移和动态响应差引起的误差，再通过基于ANFIS的协方差匹配技术估计测量噪声信息，从而可得到精确的管道爬壁机器人定位位置及运动状态。本发明有效地提高了航迹推算的可靠性、鲁棒性和定位精度。

本发明授权基于多传感器融合的管道爬壁机器人航迹推算方法及系统在权利要求书中公布了：1.基于多传感器融合的管道爬壁机器人航迹推算方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、将用于检测每一运动时刻加速度的惯性测量单元和用于检测两次运动时刻之间相对位移的光学导航传感器设置于管道爬壁机器人，且惯性测量单元和光学导航传感器的数据以相同频率采集数据；S2、在EKF的算法框架中将惯性测量单元和光学导航传感器采集的数据进行融合；步骤S2中，数据进行融合的具体过程如下：S2-1、将管道内壁面展开为二维虚拟平面，以管道爬壁机器人起始点为坐标原点，设置二维虚拟坐标系，并以机器人沿管道运动方向为Y轴正方向，沿管道圆周逆时针切线方向为X轴正方向；S2-2、令K时刻惯性测量单元采集的到加速度向量为aIMUk，光学导航传感器采集到的相对位移向量为doptk，并基于加速度向量和相对位移向量建立运动，对管道爬壁机器人在管道中的运动状态建立数学模型：xk＝Axk-1+wk-1，zk＝Hxk+vk，其中，wk-1为过程噪声，vk为测量噪声，A为上一状态到当前状态的转换矩阵，H为当前状态到测量向量的转换矩阵，xk为状态向量，zk为测量向量；S2-3、令为k时刻状态向量xk的先验估计，Pk|k-1为k时刻先验估计误差协方差矩阵，得： Pk|k-1＝APk-1AT+Qk-1，其中T为惯性测量单元和光学导航传感器发送数据信号的时间周期，Qk-1为过程噪声wk-1的协方差矩阵；S2-4、利用K时刻的测量向量zk和测量噪声协方差矩阵Rk的后验估计将预测阶段的估计值和Pk|k-1分别更新为状态向量xk的后验估计和后验估计误差协方差矩阵Pk，以进行数据融合得： Pk＝[I-KkH]Pk|k-1其中，Kk为卡尔曼增益；S3、引入BPNN模型补偿惯性测量单元由静态漂移和动态响应差引起的误差；S4、再通过基于ANFIS的协方差匹配技术估计测量噪声信息，减弱测量过程的不确定性给运动状态估计带来的噪声干扰；步骤S4中减弱噪声干扰的具体过程如下：S4-1、k时刻的测量残差元素并以此构造一组测量残差的创新序列以确定得到实际协方差S4-2、测量残差理论协方差矩阵其中是k时刻测量噪声协方差矩阵Rk的先验估计；基于实际协方差和、测量残差理论协方差，提取匹配度特征DoMk： S4-2、将k-1时刻状态变量的后验估计k时刻测量向量zk、k时刻先验估计误差协方差矩阵Pk|k-1以及k时刻测量噪声协方差矩阵的先验估计四个变量经过数据处理和特征提取后，作为ANFIS的输入信号；S4-3、根据提取的匹配度特征DoMk的主对角线元素，对测量噪声协方差矩阵主对角线进行适配，得到经过调整后的测量噪声协方差矩阵其中，ΔRk为调整矩阵；S5、以机器人起始点为坐标原点，设置三维绝对坐标系，并以原点在管道横截面圆周的逆时针切线方向为X轴正方向，机器人沿管道运动方向为Y轴正方向，垂直向上方向为Z轴正向；将管道爬壁机器人在二维虚拟平面估计的运动状态通过几何关系与数学运算转换成三维绝对坐标系当中的最优运动状态，得到机器人在管道绝对坐标系中的真实位置pk、速度vk、加速度ak；步骤S5的具体步骤如下：设管道爬壁机器人从起始点位置沿该横截面圆周运动至k时刻位置的圆心角为二维虚拟坐标系与三维绝对坐标系之间的几何关系数学表达式为： 其中p2Dxk代表k时刻EKF分别经过了一次BPNN补偿和一次基于ANFIS协方差匹配的完整迭代后输出的二维虚拟平面状态变量的x轴位置坐标；d代表管道内壁的实际直径大小；则二维虚拟平面状态的位置坐标点p2Dk＝p2Dxk,p2Dyk,p2Dzk与最终输出的三维管道状态的位置坐标点pk＝pxk,pyk,pzk的转换过程如下： pyk＝p2Dyk， 二维虚拟平面的速度状态点v2Dk＝v2Dxk,v2Dyk,v2Dzk与最终输出的三维管道下的速度状态点vk＝vxk,vyk,vzk的转换过程为， vyk＝v2Dyk， 二维虚拟平面的加速度状态点a2Dk＝a2Dxk,a2Dyk,a2Dzk与最终输出的三维管道下的速度状态点ak＝axk0,ayk,azk的转换过程为， ayk＝a2Dyk，

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