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龍圖騰網恭喜華南理工大學申請的專利基于多傳感器融合的管道爬壁機器人航跡推算方法及系統獲國家發明授權專利權，本發明授權專利權由國家知識產權局授予，授權公告號為：CN115597606B 。

龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-05-23發布的發明授權授權公告中獲悉：該發明授權的專利申請號/專利號為：202211322414.7，技術領域涉及：G01C21/20；該發明授權基于多傳感器融合的管道爬壁機器人航跡推算方法及系統是由李琳;魏振曄;張鐵設計研發完成，并于2022-10-27向國家知識產權局提交的專利申請。

本基于多傳感器融合的管道爬壁機器人航跡推算方法及系統在說明書摘要公布了：本發明公開了一種基于多傳感器融合的管道爬壁機器人航跡推算方法及系統，其系統主要由性測量單元、機器人底部與壁面貼合的光學導航傳感器和上位機構成。而其方法在EKF的算法框架中將慣性測量單元和光學導航傳感器采集的數據進行融合，然后引入BPNN補償慣性測量單元由靜態漂移和動態響應差引起的誤差，再通過基于ANFIS的協方差匹配技術估計測量噪聲信息，從而可得到精確的管道爬壁機器人定位位置及運動狀態。本發明有效地提高了航跡推算的可靠性、魯棒性和定位精度。

本發明授權基于多傳感器融合的管道爬壁機器人航跡推算方法及系統在權利要求書中公布了：1.基于多傳感器融合的管道爬壁機器人航跡推算方法，其特征在于：包括以下步驟：S1、將用于檢測每一運動時刻加速度的慣性測量單元和用于檢測兩次運動時刻之間相對位移的光學導航傳感器設置于管道爬壁機器人，且慣性測量單元和光學導航傳感器的數據以相同頻率采集數據；S2、在EKF的算法框架中將慣性測量單元和光學導航傳感器采集的數據進行融合；步驟S2中，數據進行融合的具體過程如下：S2-1、將管道內壁面展開為二維虛擬平面，以管道爬壁機器人起始點為坐標原點，設置二維虛擬坐標系，并以機器人沿管道運動方向為Y軸正方向，沿管道圓周逆時針切線方向為X軸正方向；S2-2、令K時刻慣性測量單元采集的到加速度向量為aIMUk，光學導航傳感器采集到的相對位移向量為doptk，并基于加速度向量和相對位移向量建立運動，對管道爬壁機器人在管道中的運動狀態建立數學模型：xk＝Axk-1+wk-1，zk＝Hxk+vk，其中，wk-1為過程噪聲，vk為測量噪聲，A為上一狀態到當前狀態的轉換矩陣，H為當前狀態到測量向量的轉換矩陣，xk為狀態向量，zk為測量向量；S2-3、令為k時刻狀態向量xk的先驗估計，Pk|k-1為k時刻先驗估計誤差協方差矩陣，得： Pk|k-1＝APk-1AT+Qk-1，其中T為慣性測量單元和光學導航傳感器發送數據信號的時間周期，Qk-1為過程噪聲wk-1的協方差矩陣；S2-4、利用K時刻的測量向量zk和測量噪聲協方差矩陣Rk的后驗估計將預測階段的估計值和Pk|k-1分別更新為狀態向量xk的后驗估計和后驗估計誤差協方差矩陣Pk，以進行數據融合得： Pk＝[I-KkH]Pk|k-1其中，Kk為卡爾曼增益；S3、引入BPNN模型補償慣性測量單元由靜態漂移和動態響應差引起的誤差；S4、再通過基于ANFIS的協方差匹配技術估計測量噪聲信息，減弱測量過程的不確定性給運動狀態估計帶來的噪聲干擾；步驟S4中減弱噪聲干擾的具體過程如下：S4-1、k時刻的測量殘差元素并以此構造一組測量殘差的創新序列以確定得到實際協方差S4-2、測量殘差理論協方差矩陣其中是k時刻測量噪聲協方差矩陣Rk的先驗估計；基于實際協方差和、測量殘差理論協方差，提取匹配度特征DoMk： S4-2、將k-1時刻狀態變量的后驗估計k時刻測量向量zk、k時刻先驗估計誤差協方差矩陣Pk|k-1以及k時刻測量噪聲協方差矩陣的先驗估計四個變量經過數據處理和特征提取后，作為ANFIS的輸入信號；S4-3、根據提取的匹配度特征DoMk的主對角線元素，對測量噪聲協方差矩陣主對角線進行適配，得到經過調整后的測量噪聲協方差矩陣其中，ΔRk為調整矩陣；S5、以機器人起始點為坐標原點，設置三維絕對坐標系，并以原點在管道橫截面圓周的逆時針切線方向為X軸正方向，機器人沿管道運動方向為Y軸正方向，垂直向上方向為Z軸正向；將管道爬壁機器人在二維虛擬平面估計的運動狀態通過幾何關系與數學運算轉換成三維絕對坐標系當中的最優運動狀態，得到機器人在管道絕對坐標系中的真實位置pk、速度vk、加速度ak；步驟S5的具體步驟如下：設管道爬壁機器人從起始點位置沿該橫截面圓周運動至k時刻位置的圓心角為二維虛擬坐標系與三維絕對坐標系之間的幾何關系數學表達式為： 其中p2Dxk代表k時刻EKF分別經過了一次BPNN補償和一次基于ANFIS協方差匹配的完整迭代后輸出的二維虛擬平面狀態變量的x軸位置坐標；d代表管道內壁的實際直徑大??；則二維虛擬平面狀態的位置坐標點p2Dk＝p2Dxk,p2Dyk,p2Dzk與最終輸出的三維管道狀態的位置坐標點pk＝pxk,pyk,pzk的轉換過程如下： pyk＝p2Dyk， 二維虛擬平面的速度狀態點v2Dk＝v2Dxk,v2Dyk,v2Dzk與最終輸出的三維管道下的速度狀態點vk＝vxk,vyk,vzk的轉換過程為， vyk＝v2Dyk， 二維虛擬平面的加速度狀態點a2Dk＝a2Dxk,a2Dyk,a2Dzk與最終輸出的三維管道下的速度狀態點ak＝axk0,ayk,azk的轉換過程為， ayk＝a2Dyk，

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