[發明專利]一種變電站巡檢機器人路線規劃導航方法

有效

• 申請號: 201610967289.3
• 申請日: 2016-10-28
• 公開（公告）號: CN106525025B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 王軍華;代中余;張坤
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種變電站巡檢機器人路線規劃導航方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，變電站二維格柵化地圖繪制步驟：巡檢機器人上攜帶的激光雷達掃描變電站環境信息，繞變電站行走一周，生成變電站二維地圖；基于設定大小的方格，將變電站二維地圖處理成二維格柵化地圖，存儲于內存中；獲取變電站二維格柵化地圖的具體操作方法如下：

步驟1.1，將激光雷達置于旋轉云臺上，云臺按照設定好的角速度旋轉，轉速設置為30轉/分，云臺可設置轉速范圍為20轉/分-60轉/分，云臺可承重5kg；

步驟1.2，激光雷達發射激光束，記下發射時刻t₁，遇到障礙物后返回，接收端接收到返回的激光束后，記下接收時刻t₂，由發射到接收所用時間計算出巡檢機器人到障礙物的距離X，

c為真空中光速，這里取值為2.9979×10⁸m/s；

同時記下發射激光束時刻云臺的旋轉角度θ₁，該時刻探測的地圖信息為(X₁，θ₁)；將巡檢機器人處于所在位置各時刻的地圖信息(X_i，θ_i)存入二維數組A(X_i，θ_i)，生成變電站局部地圖；

巡檢機器人繞變電站一周，以初始時刻為基準，合并各局部地圖的相同部分，將各局部地圖拼接為變電站二維地圖；

步驟1.3，選取邊長20cm的正方形作為一個方位塊，若方位塊內有障礙物則此方位塊不能通行，記為黑色；若方位塊內無任何障礙物，則此方位塊可以安全通行，記為白色；此時生成變電站二維格柵化地圖；

步驟2，變電站設備圖像特征采集步驟：巡檢機器人上攜帶的高清全方位攝像頭掃描變電站設備圖像信息，繞變電站行走一周；采集的圖像經過灰度化處理和銳化濾波，選擇道路和設備特征圖像作為道路和設備識別依據，存儲于內存中；

步驟3，路徑規劃步驟：根據變電站設備物理特性和所處位置，規劃最優巡檢路徑，巡檢機器人按照規劃的最優巡檢路徑依次檢測變電站各設備；

步驟4，周圍環境二維格柵化地圖繪制步驟：巡檢機器人上攜帶的激光雷達掃描周邊環境信息，生成周邊環境二維格柵化地圖；

步驟5，地圖匹配步驟：將周圍環境二維格柵化地圖與變電站二維格柵化地圖對比，識別出巡檢機器人所處位置，實現粗定位；

步驟6，視覺矯正步驟：巡檢機器人上攜帶的高清全方位攝像頭獲取周圍設備圖像信息，將周圍設備圖像信息與存儲的設備特征圖像對比識別自身位置，矯正地圖匹配定位的誤差，實現更高精度的定位；

步驟7，定位檢驗步驟：檢驗地圖匹配定位和視覺定位是否在同一區域，若在同一區域證明定位準確；若不在同一區域，說明定位出現錯誤，重新從步驟4開始執行。

2.根據權利要求1所述的一種變電站巡檢機器人路線規劃導航方法，其特征在于，所述的步驟2中，選擇道路和設備特征圖像的具體操作方法如下：

步驟2.1，圖像灰度化處理；在MATLAB中，程序首先讀取一個RGB格式的圖像，然后調用已有的函數rgb2gray()來實現彩色圖像灰度化處理；

步驟2.2，圖像大小統一化；圖像以二維數組的形式存儲，其特性用空間分辨率和幅度分辨率描述；空間分辨率是指圖像的大小，是對一張圖像進行空間離散化采樣的采樣數，這里描述為像素；設置空間分辨率為400×300，對灰度化處理后的圖像進行采樣，變成大小統一的圖像；；

步驟2.3，銳化濾波處理，銳化濾波后圖像反差增大，邊緣明顯；在MATLAB中，調用函數H＝fspecial('sobel')實現銳化濾波處理；

步驟2.4，提取灰度化和銳化濾波后圖像中道路和各種待檢測設備特征，將道路和設備特征圖像信息存入內存中，作為圖像特征匹配的依據；道路邊緣兩側變化最大，此處圖像梯度最大，道路邊緣在灰度化處理后的圖像中表現為一條白色的線條，平坦的道路表現為均勻的黑色；均勻黑色背景上一條明亮的白線可以作為道路邊緣的特征圖像。

3.根據權利要求1所述的一種變電站巡檢機器人路線規劃導航方法，其特征在于，所述的步驟5中，周邊環境二維格柵化地圖與變電站二維格柵化地圖匹配的具體操作方法如下：

步驟5.1，將巡檢機器人周邊環境二維格柵化地圖與變電站二維格柵化地圖對比，周邊環境二維格柵化地圖與變電站二維格柵化地圖吻合的區域即為機器人所處的區域，由此可確定巡檢機器人的方位信息；

步驟5.2，當遇到變電站局部環境變化或其他異常情況，機器人周邊環境二維格柵化地圖與變電站二維格柵化地圖不相同；周邊環境二維格柵化地圖與變電站二維格柵化地圖用數組表征，通過比較兩個地圖數組的歐氏距離，確定巡檢機器人的方位信息；

數組a為周圍環境二維格柵化地圖，數組b_i為變電站二維格柵化地圖中任意一個與a維數相同的數組，兩個n維數組a(x₁₁，x₁₂，...，x_1n)與b_i(x_i1，x_i2，...，x_in)間的歐氏距離：

使得d_i取最小值的b_i表征的變電站二維格柵化地圖中的區域即為巡檢機器人所處的區域，由此可確定巡檢機器人的方位信息。