[發明專利]基于模擬退火蟻群算法的電力巡檢機器人路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201811026526.1
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109141430B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 李勝;袁佳泉;郭健;吳益飛;史一露;危海明;朱禹璇;施佳偉;趙超;王天野
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種基于模擬退火蟻群算法的電力巡檢機器人路徑規劃方法。該方法為：根據室外變電站環境構建地圖，規劃電力巡檢機器人的運行路徑與停靠點，根據停靠點坐標信息構建拓撲地圖；根據巡檢任務，利用經典的Dijkstra算法得到任意兩個巡檢點的局部最短路徑，同時構建無向圖；根據路徑長度以及經過的停靠點數，將全局最優路徑規劃問題轉化為多目標的旅行商問題，并利用模擬退火蟻群算法在無向圖的基礎上規劃全局最優路徑；用局部最短路徑替換全局最優路徑中的局部路徑，得到完整的最終路徑。本發明收斂速度快、全局搜索能力高，具有復雜度低、可行性高、速度快的優點。

技術領域

本發明涉及巡檢機器人路徑規劃技術領域，特別是一種基于模擬退火蟻群算法的電力巡檢機器人路徑規劃方法。

背景技術

隨著社會需求的增加，變電站的數量逐年增多、規模越來越大，變電站巡檢工作量更加繁重，傳統的人工巡檢方式勞動強度大，工作效率低，不適宜在惡劣的環境下工作，無法繼續滿足日益提高的行業要求。在室外大型變電站的環境下，電力巡檢機器人可以替代人工巡檢，通過自主導航定位對電力設備進行自主巡檢，并且可以通過圖像處理技術對數據信息進行智能分析，因此應用前景越來越廣泛。

路徑規劃是電力巡檢機器人的核心技術之一。針對固定的變電站環境，電力巡檢機器人路徑規劃的任務是尋找一條從起始點到目標點的路徑短、停靠次數少的最優路徑。目前，移動機器人的路徑規劃方法有傳統算法、圖形學的方法、智能仿生學算法等。如傳統算法中的模擬退火算法(SA)可適用于大規模的優化問題，算法簡單、運行效率高，但存收斂速度慢、隨機性差。如智能仿生學算法中的蟻群算法(ACA)，其具備正反饋性、并行性和較強的魯棒性，有良好的全局優化能力，但是易陷入局部最優解。目前，任何的單一路徑規劃算法都不能完美解決所有實際中的路徑規劃問題。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于模擬退火蟻群算法的電力巡檢機器人路徑規劃方法，使得在室外變電站環境下機器人能夠自主規劃最優巡檢路徑。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于模擬退火蟻群算法的電力巡檢機器人路徑規劃方法，包括以下步驟：

步驟1、根據室外變電站環境構建地圖，規劃電力巡檢機器人的運行路徑與停靠點，根據停靠點坐標信息構建拓撲地圖；

步驟2、根據巡檢任務，利用經典Dijkstra算法得到任意兩個巡檢點的局部最短路徑，同時構建無向圖；

步驟3、根據路徑長度以及經過的停靠點數，將全局最優路徑規劃問題轉化為多目標的旅行商問題，并利用模擬退火蟻群算法規劃全局最優路徑；

步驟4、用局部最短路徑替換全局最優路徑中的局部路徑，得到完整的最終路徑。

作為一種具體示例，步驟1中所述的根據室外變電站環境構建地圖，規劃電力巡檢機器人的運行路徑與停靠點，根據停靠點坐標信息構建拓撲地圖，具體為：

步驟1-1、激光導航系統利用電力巡檢機器人自身攜帶的激光測距傳感器和里程計構建特征稀疏環境的二維地圖；

步驟1-2、規劃電力巡檢機器人的運行路徑與停靠點：

將機器人的運行路徑簡化為直線路徑，并在運行路徑上設置停靠點；停靠點分為關鍵點與巡檢點：關鍵點為機器人能夠更改運動方向位置，可完成直行、轉彎、掉頭動作的點，巡檢點為電力巡檢機器人停靠并執行變電站設備檢測的點；

步驟1-3、根據全部停靠點坐標信息，構建變電站拓撲地圖G(i,j,w_i,j)；其中，i＝{1,2,...,n}、j＝{1,2,...,n}表示巡檢點，邊(i,j)上的權值w_ij表示(i,j)之間的距離。

作為一種具體示例，步驟2所述的根據巡檢任務，利用經典Dijkstra算法得到任意兩個巡檢點的局部最短路徑，同時構建無向圖，具體為：