[發(fā)明專利]基于磁導(dǎo)航的變電站巡檢機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110216379.6
• 申請(qǐng)日: 2011-07-30
• 公開（公告）號(hào): CN102420392A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁濤;張海龍;孫勇;肖鵬;欒貽青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東魯能智能技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H02B3/00
• 分類號(hào): H02B3/00;G06K7/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，具體是一種基于磁導(dǎo)航的變電站巡檢機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

變電站設(shè)備巡檢是有效保證變電站設(shè)備安全運(yùn)行、提高供電可靠性的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。變電站巡檢機(jī)器人可以取代運(yùn)行人員自動(dòng)完成變電站日常設(shè)備巡視、紅外測(cè)溫、操作前后設(shè)備狀態(tài)檢查等工作，從而切實(shí)提高設(shè)備巡視的工作效率和質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和工作風(fēng)險(xiǎn)，提升變電站智能化水平，為變電站無人值守提供支撐。變電站巡檢機(jī)器人已經(jīng)成為變電站設(shè)備巡檢的重要輔助手段。

變電站巡檢機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵技術(shù)是導(dǎo)航與路徑規(guī)劃。在變電站室外強(qiáng)電磁環(huán)境中，磁導(dǎo)航(路面磁軌跡結(jié)合RFID標(biāo)簽定位)是一種常規(guī)但相對(duì)較為可靠的導(dǎo)航定位方式。中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局公布的重慶市電力公司超高壓局兩個(gè)專利CN101984382A《利用機(jī)器人進(jìn)行變電站設(shè)備智能巡檢的方法》和CN102082466A《變電站設(shè)備智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)》中都涉及用磁導(dǎo)航和RFID實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和定位作用，但兩個(gè)專利存在的問題在于RFID只埋在磁條的一邊，機(jī)器人巡視時(shí)只能沿一條閉合磁軌跡單向巡視，不支持雙向行走；造成的后果是如果對(duì)特定設(shè)備進(jìn)行巡視時(shí)，機(jī)器人沒有對(duì)路徑進(jìn)行優(yōu)化，需要走一些不必要的路徑，既浪費(fèi)了機(jī)器人電池能量，又加長(zhǎng)了機(jī)器人到位檢測(cè)的時(shí)間，檢測(cè)效率不高。

隨著智能化變電站發(fā)展的需求，機(jī)器人需要自動(dòng)配合遙控或順控操作，進(jìn)行被控設(shè)備的位置校核。變電站巡檢機(jī)器人路徑規(guī)劃時(shí)會(huì)存在以下問題：

1、機(jī)器人如何獲得變電站磁導(dǎo)航路徑中某個(gè)停靠點(diǎn)到另一個(gè)停靠點(diǎn)之間的最短連通路徑；(所謂停靠點(diǎn)是指機(jī)器人巡檢時(shí)遇見RFID，機(jī)器人停止運(yùn)行并進(jìn)行對(duì)設(shè)備檢測(cè)的點(diǎn)，下同)

2、機(jī)器人配合順控操作對(duì)變電站變壓器三相進(jìn)行檢測(cè)，需要在變壓器不同的停靠點(diǎn)處進(jìn)行停靠檢測(cè)，因此停靠點(diǎn)是一個(gè)節(jié)點(diǎn)序列。這時(shí)機(jī)器人從某一個(gè)節(jié)點(diǎn)開始，如何遍歷節(jié)點(diǎn)序列中的每一個(gè)點(diǎn)，使得總路徑長(zhǎng)度最短，并且重復(fù)節(jié)點(diǎn)的次數(shù)最小；

3、考慮路程、時(shí)間、安全性和機(jī)動(dòng)性等綜合指標(biāo)，如何做好巡檢機(jī)器人路徑的最優(yōu)規(guī)劃；

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決變電站巡檢機(jī)器人存在的上述技術(shù)問題，提供一種基于磁導(dǎo)航的變電站巡檢機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法。采用本發(fā)明的變電站巡檢機(jī)器人行駛路線短，機(jī)器人到位檢測(cè)的時(shí)間快，節(jié)省了電池能量，同時(shí)能有效節(jié)省變電站設(shè)備操作后移動(dòng)機(jī)器人設(shè)備校驗(yàn)的時(shí)間。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于磁導(dǎo)航的變電站巡檢機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法，它的步驟為：

第一步，變電站環(huán)境建模；形成拓?fù)渚W(wǎng)狀圖和連通關(guān)系矩陣；變電站環(huán)境建模是指用拓?fù)浞▽?duì)變電站環(huán)境進(jìn)行建模，將供行走的道路連接起來形成拓?fù)渚W(wǎng)狀圖和連通關(guān)系矩陣；其中交叉路口設(shè)置多個(gè)RFID，并簡(jiǎn)化合并為圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，道路就是圖中的一條邊，道路的長(zhǎng)度即為邊的長(zhǎng)度，也是連通關(guān)系矩陣中邊的權(quán)值；

第二步，路徑搜索；

利用Floyd弗洛伊德算法確定搜索路徑矩陣，即最短路徑矩陣，并通過迭代優(yōu)化，提高運(yùn)算速度；

第三步，路徑遍歷；

通過對(duì)節(jié)點(diǎn)和邊的遍歷，計(jì)算始發(fā)點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)序列的最短連通路徑；

第四步，行駛路線確定；

將最短連通路徑轉(zhuǎn)換到以RFID序列標(biāo)示的行駛路線；在每個(gè)路口RFID，根據(jù)路徑連通性，計(jì)算出機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

所述第二步路徑搜索包括以下步驟：

2-1)給距離矩陣賦初值

對(duì)一個(gè)有n個(gè)頂點(diǎn)的圖G，每個(gè)頂點(diǎn)用自然數(shù)編號(hào)，分別為1，2...n；把圖G的連通關(guān)系矩陣，即圖G的帶權(quán)鄰接矩陣W，作為距離矩陣的初值，即其中n為大于等于2的正整數(shù)，i，j均為大于等于1且小于等于n的正整數(shù)；D⁽⁰⁾為賦初值后的距離矩陣，為頂點(diǎn)i和頂點(diǎn)j之間的距離初值。

2-2)利用Floyd弗洛伊德算法確定路徑最短的距離矩陣；

第1步，構(gòu)造其中是從v_i到v_j的只允許以v₁作為中間點(diǎn)的路徑中最短路長(zhǎng)度，其中i，j相鄰時(shí)否則min{A，B}是從A、B兩個(gè)元素中取最小值，A、B均為正實(shí)數(shù)，下同；∞表示值為無窮大。

第2步，構(gòu)造其中是從v_i到v_j的只允許以v₁，v₂作為中間點(diǎn)的路徑中最短路的長(zhǎng)度，