[發明專利]基于路口點和路段的變電站作業機器人路徑規劃及導航定位方法

有效

• 申請號: 201711167278.8
• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN107966150B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 陳鵬;馮維綱;熊少華;危常明;李哲靖;馮維穎;曹昊
• 申請（專利權）人: 武漢中元華電軟件有限公司
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 唐正玉

1.基于路口點和路段的變電站作業機器人路徑規劃及導航定位方法，其特征在于按以下步驟進行：

S1、機器人自身位置與姿態檢測：機器人通過激光雷達、慣性測量單元和里程計感知自身在環境中的位置和姿態；具體步驟為：S1.1機器人內的激光雷達掃描周圍環境，激光雷達發射出的激光在物體表面反射，然后被機器人內的接收器檢測到，從而計算出激光雷達自身與目標物體的距離，激光雷達以較高的頻率掃描周圍的環境，從而計算出機器人自身與周圍環境中物體的距離，利用周圍環境的特征和地圖數據計算出機器人自身在地圖中的位置和方向；S1.2機器人內的慣性測量單元反饋自身姿態：慣性測量單元實時檢測出機器人自身在空間中的X/Y/Z三個方向上的線加速度和角速度，根據積分初步計算出機器人自身在空間中的姿態信息；S1.3機器人內的里程計反饋自身位姿：機器人在移動的過程中，機器人的編碼器能實時反饋各個輪子轉過的角度值，利用機器人左右輪子的轉速計算出機器人在空間中的移動速度和旋轉速度，間接計算出機器人在空間的位置和方向；

S2、構建變電站環境地圖：控制機器人在變電站中沿著道路移動，讓激光雷達能掃描到所有需要進行巡檢的區域，然后利用掃描到的激光雷達數據和慣性測量單元數據構建出與變電站環境匹配的地圖數據；

S3、地圖數據優化：通過上述步驟S2構建出的變電站環境地圖存在一些扭曲和雜亂的區域，這些數據不利于后續的機器人定位處理，因此需要對地圖數據進行相應的處理，消除地圖的孤立點并調整扭曲變形的區域；

S4、機器人定位：包括初步定位和精確定位，初步定位：使用主動蒙特卡羅粒子濾波定位算法對機器人進行初步定位；精確定位：在初步定位的基礎上，再通過模板匹配的方法實現高精度的定位；

S5、路網構造：通過對導航路線的分層描述，優化任務路徑的計算，提升機器人巡檢效率的同時延長機器人的運行時間；具體為：S5.1路口點數據層：機器人在路線與路線的交點或路線的末端點原地旋轉或曲線行進；S5.2路段數據層：相鄰路口之間的路線，有固定的朝向，若路段上有待巡檢的位置點，則機器人在此路段上需要按照給定的朝向前進或者后退；若路段上沒有待巡檢的位置點，則機器人根據實際情況自由選擇朝向和移動方向；S5.3巡檢點數據層：機器人需要在巡檢的位置點停止并進行巡檢操作，所有的巡檢的位置點都位于某條路段上；

S6、局部路徑規劃：通過Dijkstra算法或者A*算法計算出機器人到給定的巡檢點之間的最短路徑；

S7、全局路徑規劃：機器人在執行導航任務時，需要對所有的巡檢點進行計算，求出一條經過所有的巡檢位置而且路徑最短的路線；具體步驟為：S7.1找出起始點SP所在的路段L1；S7.2找出L1的頭部端點P11；S7.3找出L2的尾部端點P12；S7.4找出下一個巡檢點NP所在的路段L2；S7.5找出L2的頭部端點P21；S7.6找出L2的尾部端點P22；S7.7采用Dijkstra算法或A*算法結合二叉樹結構對上述各端點進行篩選，找出SP到達 NP的最短路徑；S7.8重復上述操作，直到機器人能依次經過所有指定的巡檢點；

S8、機器人自主導航：包括指定位置點自主導航、指定巡檢點自主導航和多巡檢點自主導航；指定位置點自主導航：給出任一位置點，機器人計算出到達此位置點的路徑，然后沿著該路徑向目標位姿點移動；指定巡檢點自主導航：給出任一巡檢點，機器人計算出到達此巡檢點的路徑，然后沿著該路徑向目標巡檢點移動；多巡檢點自主導航：給出所有待巡檢的巡檢點集合，機器人計算出經過所有巡檢點的路徑，然后沿著該路徑依次停靠所有的巡檢點；

S9、路徑中斷與障礙處理。

2.根據權利要求1所述的基于路口點和路段的變電站作業機器人路徑規劃及導航定位方法，其特征在于：所述S3地圖數據優化具體步驟為：

S3.1圖像處理：設定閾值處理變電站環境地圖中的噪聲、雜點、邊緣和色階操作；

S3.2人工處理：調整變電站環境地圖中的扭曲變形的區域和連續中斷的區域操作。

3.據權利要求1所述的基于路口點和路段的變電站作業機器人路徑規劃及導航定位方法，其特征在于：所述S9路徑中斷與障礙處理具體步驟為：

S9.1機器人的超聲波傳感器或紅外傳感器傳感設備實時檢測機器人周圍的環境；

S9.2檢測到路徑前方無法通行；

S9.3根據預設的執行策略選擇“停止”、“一鍵返 航”或“繞行”操作，如果為“停止”則執行S9.4，如果為“一鍵返 航”則執行S9.5，如果為“繞行”則執行S9.6；

S9.4取消當前導航任務，原地待命；

S9.5取消當前導航任務，計算出一條通往充電點的路徑，并按照該路徑移動到充電點；

S9.6取消當前導航任務，重新計算出一條通往目標導航點的路徑，并按照該路徑移動到目標導航點，然后繼續執行剩下的導航任務。