一種基于激光軌道的變電站巡檢機(jī)器人導(dǎo)航方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，具體涉及一種基于激光軌道的變電站巡檢機(jī)器人導(dǎo)航方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前電力系統(tǒng)變電站已基本實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守，國(guó)內(nèi)一般都采用地面行進(jìn)機(jī)器人進(jìn) 行巡檢，獲取變電設(shè)備可見光圖像和紅外熱像數(shù)據(jù)并進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、分析的應(yīng)用報(bào)道。機(jī)器 人能夠一定程度地解決設(shè)備自動(dòng)巡檢問(wèn)題，但大多數(shù)變電站巡檢機(jī)器人的巡檢軌道一般多 采用鋪設(shè)磁軌的方式，鋪設(shè)磁軌施工麻煩并且需要定期對(duì)軌道進(jìn)行維護(hù)，成本較高，路徑靈 活性差，同時(shí)磁軌跡導(dǎo)航方式不能實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前機(jī)器人在變電站內(nèi)所處的精確位置，不利 于操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，提供一種實(shí)施簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性 好、成本較低、精度較高的基于激光軌道的變電站巡檢機(jī)器人導(dǎo)航方法。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0005] -種基于激光軌道的變電站巡檢機(jī)器人導(dǎo)航方法，步驟包括：
[0006] 1)預(yù)先為巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)巡檢軌跡，所述巡檢軌跡由多條直線軌跡和用于連接相 鄰直線軌跡的彎道軌跡組成，確定直線軌跡上巡檢位置的偏移量，在直線軌跡的巡檢方向 結(jié)束端延長(zhǎng)線上布置用于激光測(cè)距的目標(biāo)擋板，在巡檢機(jī)器人上布置激光測(cè)距儀；
[0007] 2)當(dāng)巡檢機(jī)器人沿直線軌跡行進(jìn)時(shí)，以巡檢機(jī)器人的水平偏轉(zhuǎn)角度作為閉環(huán)反饋 量分別控制巡檢機(jī)器人的左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿著直線軌跡行進(jìn)，且通過(guò)激光測(cè)距儀及目 標(biāo)擋板檢測(cè)巡檢機(jī)器人在直線軌跡上的偏移量，如果該偏移量對(duì)應(yīng)有巡檢位置，則巡檢機(jī) 器人停下來(lái)對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，且在監(jiān)控完畢后繼續(xù)沿著直線軌跡行進(jìn)；當(dāng)沿著直線 軌跡行進(jìn)的偏移量為該直線軌跡的長(zhǎng)度時(shí)，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟3);
[0008] 3)確定當(dāng)前的直線軌跡沿巡檢方向的彎道軌跡，以巡檢機(jī)器人的水平偏轉(zhuǎn)角度作 為閉環(huán)反饋量分別控制巡檢機(jī)器人的左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿著彎道軌跡行進(jìn)，且在巡檢機(jī) 器人通過(guò)激光測(cè)距儀及目標(biāo)擋板檢測(cè)到巡檢機(jī)器人進(jìn)入新的直線軌跡上時(shí)，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟 2)〇
[0009] 優(yōu)選地，所述步驟1)中還包括在直線軌跡的巡檢方向起始端兩側(cè)各布置一個(gè)激光 接收器、結(jié)束端延長(zhǎng)線兩側(cè)各布置一個(gè)激光發(fā)射器，直線軌跡同一側(cè)的激光接收器和激光 發(fā)射器形成一對(duì)激光對(duì)射報(bào)警器;所述步驟2)當(dāng)巡檢機(jī)器人沿直線軌跡行進(jìn)時(shí)，如果直線 軌跡某一側(cè)的激光接收器信號(hào)被巡檢機(jī)器人阻擋，則增大巡檢機(jī)器人該側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的速 度、減少巡檢機(jī)器人另一側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度，使得巡檢機(jī)器人保持在直線軌跡內(nèi)行進(jìn)。
[0010] 優(yōu)選地，所述步驟1)中以巡檢機(jī)器人的水平偏轉(zhuǎn)角度作為閉環(huán)反饋量分別控制巡 檢機(jī)器人的左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿著直線軌跡行進(jìn)時(shí)，具體是指以巡檢機(jī)器人的水平偏轉(zhuǎn) 角度作為閉環(huán)反饋量采用PID算法計(jì)算得到控制量，然后控制巡檢機(jī)器人的左側(cè)的驅(qū)動(dòng)機(jī) 構(gòu)行進(jìn)速度增加控制量、且控制巡檢機(jī)器人的右側(cè)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)行進(jìn)速度減少控制量。
[0011]優(yōu)選地，所述PID算法的函數(shù)表達(dá)式如式(1)所示；
[0013]式（1)中，uk為PID算法在第k步輸出的控φ糧，kP為比例調(diào)節(jié)系數(shù)，ki為積分調(diào)節(jié)系 數(shù)，kd為微分調(diào)節(jié)系數(shù)，ei為巡檢機(jī)器人在第i步的水平偏轉(zhuǎn)角度，ek為巡檢機(jī)器人在第k步 的水平偏轉(zhuǎn)角度，ek-i為巡檢機(jī)器人在第k-Ι步的水平偏轉(zhuǎn)角度。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟3)中以巡檢機(jī)器人的水平偏轉(zhuǎn)角度作為閉環(huán)反饋量分別控制巡 檢機(jī)器人的左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿著彎道軌跡行進(jìn)時(shí)，具體是指以巡檢機(jī)器人的水平偏轉(zhuǎn) 角度計(jì)算彎道軌跡的控制量，然后控制巡檢機(jī)器人的外側(cè)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)行進(jìn)速度增加控制 量、且控制巡檢機(jī)器人的內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)行進(jìn)速度減少控制量。
[0015]優(yōu)選地，所述計(jì)算彎道軌跡的速度增加量的函數(shù)表達(dá)式如式(2)所示；
[0016] V=(R-r)a/2 (2)
[0017] 式⑵中，V為彎道軌跡的速度增加量，R為彎道軌跡的外側(cè)半徑，r為彎道軌跡的內(nèi) 側(cè)半徑，a為巡檢機(jī)器人的水平偏轉(zhuǎn)角度。
[0018] 本發(fā)明基于激光軌道的變電站巡檢機(jī)器人導(dǎo)航方法具有下述優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明預(yù)先為 巡檢機(jī)器人設(shè)計(jì)巡檢軌跡，巡檢軌跡由多條直線軌跡和用于連接相鄰直線軌跡的彎道軌跡 組成，確定直線軌跡上巡檢位置的偏移量，布置用于激光測(cè)距的目標(biāo)擋板及激光測(cè)距儀，沿 著直線軌跡行進(jìn)時(shí)，通過(guò)激光測(cè)距儀及目標(biāo)擋板檢測(cè)巡檢機(jī)器人在直線軌跡上的偏移量， 如果該偏移量對(duì)應(yīng)有巡檢位置，則巡檢機(jī)器人停下來(lái)對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，且在監(jiān)控完 畢后繼續(xù)沿著直線軌跡行進(jìn)，沿著彎道軌跡行進(jìn)時(shí)，以巡檢機(jī)器人的水平偏轉(zhuǎn)角度作為閉 環(huán)反饋量分別控制巡檢機(jī)器人的左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿著彎道軌跡行進(jìn)，且在巡檢機(jī)器人 通過(guò)激光測(cè)距儀及目標(biāo)擋板檢測(cè)到巡檢機(jī)器人進(jìn)入新的直線軌跡上時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)巡檢機(jī)器 人在變電站的巡檢導(dǎo)航，具有實(shí)施簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、成本較低、精度較高的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例方法的基本流程示意圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中巡檢軌跡的布局示意圖。
[0021] 圖例說(shuō)明：1、巡檢軌跡；11、直線軌跡；12、彎道軌跡；2、巡檢機(jī)器人;21、激光測(cè)距 儀;3、目標(biāo)擋板；
【具體實(shí)施方式】
[0022] 如圖1所示，本實(shí)施例基于激光軌道的變電站巡檢機(jī)器人導(dǎo)航方法的步驟包括：
[0023] 1)預(yù)先為巡檢機(jī)器人2設(shè)計(jì)巡檢軌跡1，參見圖2,巡檢軌跡1由多條直線軌跡11和 用于連接相鄰直線軌跡11的彎道軌跡12組成，確定直線軌跡11上巡檢位置的偏移量，在直 線軌跡11的巡檢軌跡1方向結(jié)束端延長(zhǎng)線上布置用于激光測(cè)距的目標(biāo)擋板3,在巡檢機(jī)器人 2上布置激光測(cè)距儀21;
[0024] 2)當(dāng)巡檢機(jī)器人2沿直線軌跡11行進(jìn)時(shí)，以巡檢機(jī)器人2的水平偏轉(zhuǎn)角度作為閉環(huán) 反饋量分別控制巡檢機(jī)器人2的左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿著直線軌跡11行進(jìn)，且通過(guò)激光測(cè) 距儀21及目標(biāo)擋板3檢測(cè)巡檢機(jī)器人2在直線軌跡11上的偏移量，如果該偏移量對(duì)應(yīng)有巡檢 位置，則巡檢機(jī)器人2停下來(lái)對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，且在監(jiān)控完畢后繼續(xù)沿著直線軌跡11 行進(jìn);當(dāng)沿著直線軌跡11行進(jìn)的偏移量為該直線軌跡11的長(zhǎng)度時(shí)，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟3);
[0025] 3)確定當(dāng)前的直線軌跡11沿巡檢方向的彎道軌跡12，以巡檢機(jī)器人2的水平偏轉(zhuǎn) 角度作為閉環(huán)反饋量分別控制巡檢機(jī)器人2的左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)沿著彎道軌跡12行進(jìn)， 且在巡檢機(jī)器人2通過(guò)激光測(cè)距儀21及目標(biāo)擋板3檢測(cè)到巡檢機(jī)器人2進(jìn)入新的直線軌跡11 上時(shí)，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟2)。
[0026] 本實(shí)例中，為了確切的知道巡檢機(jī)器人2在巡檢軌跡1中的實(shí)時(shí)位置，如圖2所示， 當(dāng)巡檢機(jī)器人2在行進(jìn)時(shí)，巡檢機(jī)器人2通過(guò)激光測(cè)距儀21給目標(biāo)擋板3發(fā)射激光信號(hào)實(shí)時(shí) 采集回巡檢機(jī)器人2在直線軌跡11內(nèi)的位置信息，確保巡檢機(jī)器人2能夠準(zhǔn)確在巡檢點(diǎn)停下 來(lái)對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。
[0027] 為了進(jìn)一步加強(qiáng)巡檢機(jī)器人2-直在巡檢軌跡1上行進(jìn)，不脫離巡檢軌跡1，參見圖 2,步驟1)中還包括在直線軌跡11的巡檢軌跡1方向起始端兩側(cè)各布置一個(gè)激光接收器、結(jié) 束端延長(zhǎng)線兩側(cè)各布置一個(gè)激光發(fā)射器，直線軌跡11同一側(cè)的激光接收器42和激光發(fā)射器 41形成一對(duì)激光對(duì)射報(bào)警器;步驟2)當(dāng)巡檢機(jī)器人2沿直線軌跡11行進(jìn)時(shí)，如果直線軌跡11 某一側(cè)的激光接收器42信號(hào)被巡檢機(jī)器人2阻擋，則增大巡檢機(jī)器人2該側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(本實(shí) 施例中具體為履帶輪，此外也可以采用其他類型的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如車輪等）的速度、減少巡 檢機(jī)器人2另一側(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度，使得巡檢機(jī)器人2保持在直線軌跡11內(nèi)行進(jìn)。通過(guò)激光 對(duì)射報(bào)警器(激光接收器42和激光發(fā)射器41)搭建激光軌道，當(dāng)巡檢機(jī)器人2壓住激光軌道 的變沿線時(shí)，激光信號(hào)被擋，激光接收器42將接收不到激光發(fā)射器41發(fā)射而來(lái)的激光信號(hào)， 從而給出報(bào)警信號(hào)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳給巡檢機(jī)器人2的控制器來(lái)調(diào)