[发明专利]基于路口点和路段的变电站作业机器人路径规划及导航定位方法

说明书

本发明公开了一种基于路口点和路段的变电站作业机器人路径规划及导航定位方法，主要包括：机器人自身位置与姿态检测、构建变电站环境地图、地图数据优、机器人定位、路网构造、局部路径规划、全局路径规划、机器人自主导航及路径中断与障碍处理。本发明采用主动蒙特卡罗粒子滤波定位算法和模板匹配算法相结合的定位算法和基于路口点与路段的多层路网算法，能够实现机器人在不同速度要求下的快速定位并能快速处理大量巡检任务需求下的全局路径优化。本发明适应性强，可在不同形状的道路上让机器人完成指定的巡检任务，能对道路上的障碍物进行有效的检测和选择性地绕行，整个过程不需要人工干预。

技术领域

本发明属于先进制造与自动化领域，特别涉及到机器人控制、自主导航和电力智能巡检等应用场景，具体的说是一种基于路口点和路段的变电站作业机器人路径规划及导航定位方法，用于巡检机器人在变电站环境中的导航定位与路径规划。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，对电能的需求越来越大。变电站的数量与规模也在不断发展，变电站巡检作业也越发重要。

目前，变电站巡检作业主要由人工完成，由电力作业人员通过肉眼或手持仪器直接对各种设备进行观测与核准。由于变电站内设备数量较大，巡检工作费时费力，工人巡检工作容易出现遗漏差错，一旦对设置的检测出现差错，就会存在运行风险，对供电安全造成威胁。另外，人工巡检作业存在一定的危险性，作业人员需要实时注意自身的安全。

近年来，出现了以机器人代替人工的方式在变电站进行巡检作业。机器人配有各种检测设备，可实现自动完成对变电站设备的巡检工作，不需要人工干预，大大降低了人工作业的风险、提高巡检效率。而基于自主导航的智能巡检技术为变电站自主巡检提供了重要的技术支持。

由于变电站的环境复杂、待巡检的设备种类与数量众多。而目前的变电站巡检机器人移动方式较单一、智能化较低，巡检效率还有许多可提高的地方。

发明内容

本发明目的为了解决现有技术的不足，提供了一种基于路口点和路段的变电站作业机器人路径规划及导航定位方法，进一步提高变电站智能巡检机器人的作业效率与智能化。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于路口点和路段的变电站作业机器人路径规划及导航定位方法，其特征在于按以下步骤进行：

S1、机器人自身位置与姿态检测：机器人通过激光雷达、惯性测量单元和里程计感知自身在环境中的位置和姿态；

S2、构建变电站环境地图：控制机器人在变电站中沿着道路移动，让激光雷达能扫描到所有需要进行巡检的区域，然后利用扫描到的激光雷达数据和惯性测量单元数据构建出与变电站环境匹配的地图数据；

S3、地图数据优化：通过上述步骤S2构建出的变电站环境地图存在一些扭曲和杂乱的区域，这些数据不利于后续的机器人定位处理，因此需要对地图数据进行相应的处理，消除地图的孤立点并调整扭曲变形的区域；

S4、机器人定位：包括初步定位和精确定位，初步定位：使用主动蒙特卡罗粒子滤波定位算法对机器人进行初步定位；精确定位：在初步定位的基础上，再通过模板匹配的方法实现高精度的定位；

S5、路网构造：通过对导航路线的分层描述，优化任务路径的计算，提升机器人巡检效率的同时延长机器人的运行时间；

S6、局部路径规划：通过Dijkstra算法或者A*算法计算出机器人到给定的巡检点之间的最短路径；

S7、全局路径规划：机器人在执行导航任务时，需要对所有的巡检点进行计算，求出一条经过所有的巡检位置而且路径最短的路线；