[發(fā)明專利]變電站巡檢機(jī)器人定位導(dǎo)航系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510290432.5
• 申請(qǐng)日: 2015-05-29
• 公開（公告）號(hào): CN104914865B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖鵬;王海鵬;李麗;欒貽青;慕世友;任杰;傅孟潮;孟瑜;李華東;李建祥;趙金龍;郝永鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院;山東魯能智能技術(shù)有限公司;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02;G05D1/08;G06F19/26;G01C21/20
• 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)明涉及自主移動(dòng)機(jī)器人定位導(dǎo)航領(lǐng)域，特別是涉及一種變電站巡檢機(jī)器人用定位導(dǎo)航系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

變電站巡檢機(jī)器人是一種全自主運(yùn)行的地面移動(dòng)機(jī)器人，其可攜帶可見光攝像機(jī)、紅外熱像儀、拾音器等傳感器對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)巡檢，有效降低人工巡檢的勞動(dòng)強(qiáng)度，保障變電站設(shè)備安全運(yùn)行。

在變電站巡檢機(jī)器人的應(yīng)用中，精確定位導(dǎo)航是保證其完成巡檢任務(wù)的關(guān)鍵。目前，變電站巡檢機(jī)器人定位導(dǎo)航系統(tǒng)一般采用磁軌跡引導(dǎo)加RFID(Radio Frenquency Identification，射頻識(shí)別)標(biāo)簽輔助定位方法實(shí)現(xiàn)，該方法依靠安裝于機(jī)器人底盤前部的磁傳感器陣列檢測機(jī)器人相對(duì)于磁軌跡的偏移，據(jù)此控制機(jī)器人沿磁軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在停靠點(diǎn)處設(shè)置RFID標(biāo)簽，以輔助機(jī)器人停靠。該方法可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)并具備較高的重復(fù)定位精度，但是磁條軌跡的鋪設(shè)涉及大量現(xiàn)場施工、磁條成本及磁條維護(hù)成本、一旦磁軌跡鋪設(shè)完工則巡檢路線不能靈活改變，機(jī)器人底盤受限于磁傳感器檢測距離，使得機(jī)器人只能在平地上運(yùn)動(dòng)，對(duì)于站內(nèi)砂石、草地等自然地形不能適用。

為解決這一問題，差分GPS、航位推算、慣性及視覺標(biāo)識(shí)等定位導(dǎo)航方式已被引入巡檢機(jī)器人并在變電站現(xiàn)場進(jìn)行了測試，但由于變電站室外大規(guī)模環(huán)境里，電力設(shè)備林立且存在強(qiáng)電磁干擾，上述定位導(dǎo)航方法，因受電磁干擾、誤差累積及視覺標(biāo)識(shí)受雨雪遮擋等因素影響難以在變電站內(nèi)可靠工作。從公開的資料可知，基于激光傳感器的定位導(dǎo)航表現(xiàn)出了良好的定位精度和對(duì)室外變電站環(huán)境具有較好適應(yīng)性。

專利201120115524.7公開了一種變電站巡檢機(jī)器人用激光定位導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)行前需要預(yù)先在機(jī)器人運(yùn)行路線兩側(cè)安裝反光標(biāo)識(shí)，機(jī)器人依據(jù)激光傳感器檢測到的反光標(biāo)識(shí)信息就可以計(jì)算得到其在全局坐標(biāo)系下的位置和姿態(tài)。該方法雖然可靠而且精度好，可靈活改變機(jī)器人運(yùn)行路線，但是由于需要在站內(nèi)設(shè)定反光標(biāo)識(shí)，因此不可避免的會(huì)帶來一定的運(yùn)維費(fèi)用。

專利201310686467.1公開了一種巡檢機(jī)器人無軌化導(dǎo)航方法，其通過從激光傳感器掃描數(shù)據(jù)中提取環(huán)境特征，利用SLAM技術(shù)構(gòu)建機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境地圖，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在站內(nèi)的定位導(dǎo)航。該方法所構(gòu)建的環(huán)境地圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小，定位導(dǎo)航實(shí)時(shí)性好，同時(shí)可靈活配置機(jī)器人運(yùn)行區(qū)域，無需在變電站內(nèi)加裝輔助設(shè)施，極大降低了定位導(dǎo)航系統(tǒng)前期施工和后期運(yùn)維費(fèi)用，但該方法需要從激光傳感器掃描得到的原始數(shù)據(jù)中提取環(huán)境特征，在這一過程中不可避免的會(huì)引入誤差，另外變電站內(nèi)部分區(qū)域特征比較稀疏，所需特征可能無法提取，因此以上兩方面最終都會(huì)影響機(jī)器人站內(nèi)定位導(dǎo)航效果。

文獻(xiàn)“基于地圖匹配的變電站巡檢機(jī)器人激光導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)”提出了一種利用激光數(shù)據(jù)匹配的機(jī)器人地圖創(chuàng)建及定位導(dǎo)航系統(tǒng)，系統(tǒng)中的地圖創(chuàng)建模塊通過將里程計(jì)與激光掃描數(shù)據(jù)融合創(chuàng)建變電站環(huán)境地圖，之后機(jī)器人位姿解算利用ICP-EKF算法將激光傳感器獲取數(shù)據(jù)與創(chuàng)建的環(huán)境地圖進(jìn)行匹配，從而獲得機(jī)器人全局坐標(biāo)系下的位置和姿態(tài)，但該系統(tǒng)中地圖數(shù)據(jù)以柵格方式存儲(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)所需定位解算精度其必須采用小尺度柵格，在變電站大規(guī)模環(huán)境下該方式的柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量較大，必然造成定位導(dǎo)航過程中的計(jì)算量較大。

另外，上述文獻(xiàn)與專利201110216379.6公開了一種利用Floyd(弗洛伊德)算法計(jì)算所有路徑點(diǎn)之間的最短路徑的路徑規(guī)劃方法，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人在站內(nèi)執(zhí)行特殊巡檢任務(wù)時(shí)沿最短路徑運(yùn)行，但實(shí)際使用中由于變電站內(nèi)停靠點(diǎn)數(shù)量眾多，以上路徑規(guī)劃算法只能采用離線方式計(jì)算節(jié)點(diǎn)間的最短路徑，一旦計(jì)算并存儲(chǔ)完成，每一個(gè)新節(jié)點(diǎn)的加入都必須對(duì)所有節(jié)點(diǎn)重新計(jì)算和存儲(chǔ)，計(jì)算效率不高且路徑存儲(chǔ)量較大，因此上述方法難以滿足變電站某些突發(fā)情況發(fā)生時(shí)，需要在線規(guī)劃機(jī)器人運(yùn)行路徑，使機(jī)器人迅速到達(dá)站內(nèi)臨時(shí)設(shè)定的停靠點(diǎn)執(zhí)行檢測任務(wù)的需求。

總之，現(xiàn)有的技術(shù)存在的主要問題為：

1、變電站巡檢機(jī)器人無法實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航實(shí)時(shí)性的前提下實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人變電站內(nèi)精確定位；

2、從激光數(shù)據(jù)提取環(huán)境特征容易引入誤差對(duì)定位導(dǎo)航精度的影響，無法實(shí)現(xiàn)通過對(duì)當(dāng)前激光測距數(shù)據(jù)與地圖中激光路標(biāo)包含的測距數(shù)據(jù)的匹配，機(jī)器人停靠點(diǎn)處的定位精度不高。

3、變電站巡檢機(jī)器人現(xiàn)有的路徑規(guī)劃計(jì)算效率較低，無法滿足機(jī)器人根據(jù)特殊巡檢任務(wù)在線規(guī)劃機(jī)器人行駛路徑的需求。

4、現(xiàn)有的變電站巡檢機(jī)器人沒有建立運(yùn)行環(huán)境地圖，沒有與原有全局激光路標(biāo)地圖融合，效率低下。

發(fā)明內(nèi)容