[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

本發明公開了一種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，主要包括：機器人自身位置與姿態檢測、構建變電站環境地圖、地圖數據優、機器人定位、路網構造、局部路徑規劃、全局路徑規劃、機器人自主導航及路徑中斷與障礙處理。本發明采用主動蒙特卡羅粒子濾波定位算法和模板匹配算法相結合的定位算法和基于路口點與路段的多層路網算法，能夠實現機器人在不同速度要求下的快速定位并能快速處理大量巡檢任務需求下的全局路徑優化。本發明適應性強，可在不同形狀的道路上讓機器人完成指定的巡檢任務，能對道路上的障礙物進行有效的檢測和選擇性地繞行，整個過程不需要人工干預。

技術領域

本發明屬于先進制造與自動化領域，特別涉及到機器人控制、自主導航和電力智能巡檢等應用場景，具體的說是一種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，用于巡檢機器人在變電站環境中的導航定位與路徑規劃。

背景技術

隨著人們生活水平的不斷提高，對電能的需求越來越大。變電站的數量與規模也在不斷發展，變電站巡檢作業也越發重要。

目前，變電站巡檢作業主要由人工完成，由電力作業人員通過肉眼或手持儀器直接對各種設備進行觀測與核準。由于變電站內設備數量較大，巡檢工作費時費力，工人巡檢工作容易出現遺漏差錯，一旦對設置的檢測出現差錯，就會存在運行風險，對供電安全造成威脅。另外，人工巡檢作業存在一定的危險性，作業人員需要實時注意自身的安全。

近年來，出現了以機器人代替人工的方式在變電站進行巡檢作業。機器人配有各種檢測設備，可實現自動完成對變電站設備的巡檢工作，不需要人工干預，大大降低了人工作業的風險、提高巡檢效率。而基于自主導航的智能巡檢技術為變電站自主巡檢提供了重要的技術支持。

由于變電站的環境復雜、待巡檢的設備種類與數量眾多。而目前的變電站巡檢機器人移動方式較單一、智能化較低，巡檢效率還有許多可提高的地方。

發明內容

本發明目的為了解決現有技術的不足，提供了一種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，進一步提高變電站智能巡檢機器人的作業效率與智能化。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

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；

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；

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；