CN104977931A - 一种变电站巡检路径跟踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站巡检路径跟踪方法，该方法通过在待测设备的有效检测范围内设置磁条，由巡检机器人上的磁传感器对机器人的运动方向进行导航，并且采用设置与路径磁条垂直的横磁条对监测点和转弯位置进行标记，为变电站巡检机器人提供了高可靠性的路径跟踪方法，并且定位精度高，抗电磁干扰能力强；在机器人每一次进行巡检任务前，可设置最优的巡检路径，使监测效率高，巡检方式灵活；追踪路径采用电子地图显示，在后台界面能直观的显示机器人当前跟踪路段以及工作状态，且电子地图绘制方便，推广性强，适用于不同的变电站。
Description
技术领域
本发明属于电力设备运行监测技术领域，具体涉及一种变电站巡检路径跟踪方法的设计。
背景技术
变电站是电力供电与传输系统的枢纽，其安全与稳定运行关系到国民生产与生活能否正常运行，变电站设备巡检是有效保证变电站设备安全运行、提高供电可靠性的一项基础工作，主要分为例行巡检和特殊巡检：例行巡检每天至少2次；特殊巡检一般在高温天气、大负荷运行、新投入设备运行前以及大风、雾天、冰雪、冰雹、雷雨后进行。此外，检修人员还通过手持红外热像仪，一般每半个月一次对变电站设备进行红外测温。现有巡检方式主要为人工巡视，手工或手持掌上电脑记录，每次巡视时间长。中国地域辽阔，有很多变电站的地理条件十分恶劣，人工巡检存在劳动强度大、工作效率低、检测质量分散、管理成本高等明显不足，检测质量与巡检人员的责任心密切相关，人为疏忽很容易导致漏检、误检，为重大电力事故埋下隐患。
随着机器人技术的快速发展，将机器人技术与电力应用相结合，基于室外机器人移动平台，携带检测设备代替人工进行设备巡检成为可能。机器人携带可见光摄像机和红外热像仪等传感器，对变电站检测点的温度、液位、外观等状态进行检测，检测数据通过无线网络传输到检测中心，从而做到及时发现、预防变电站供电故障，也大大降低检测人员劳动强度，提高变电站供电安全。在变电站巡检机器人控制系统中，可靠的机器人路径跟踪与定位技术成为该系统的重中之重。在变电站强电磁环境及场地条件限制，电磁感应巡线是目前用于变电站巡检机器人最可靠地导航方案。电磁感应巡线是利用电磁感应传感器不断感应铺设在巡检路径上的磁条，以保证机器人始终行驶在既定的巡检路径上，磁条是永磁铁，不受环境光线、温度、湿度、天气条件、场地路面的影响。
中国知识产权局公布的公告号为：CN102420392的《基于磁导航的变电站巡检机器人全局路径规划方法》中对环境建模以后确定最短连通路径，然后转换到以RFID序列标示的行驶路径，同时计算出机器人的转弯角度。该专利涉及的方法处于变电站巡检机器人领域的领先水平，但存在的问题是RFID卡在路径规划和停靠监测点(监测点是指机器人停在当前位置对设备进行监测，下同)的依赖性较高，并且由于高压变电站的强磁干扰，使之失效性较大，也不利于在恶劣环境的变电站中使用。同时基于最短路径算法的可靠性低，对于不同场地的适应性不强，很难推广。
由于不同的变电站巡检区域和巡检内容不同，需要对巡检场地进行自适应的路径跟踪。确保机器人在电磁感应巡线、原地转弯、掉头、监测点准确停靠以及路径最优化等关键环节的高度可靠，但是采用现有技术中方法难以达到上述要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中变电站巡检机器人巡检方法存在的可靠性低、抗干扰能力弱以及适应性不强的问题而提供一种变电站巡检路径跟踪方法。
本发明的技术方案是：一种变电站巡检路径跟踪方法，具体包括：
S1、在待测设备的有效检测范围内设置巡检机器人的巡检路径，所述巡检路径采用磁条实现，并对巡检路径中的停止点采用铺设与路径磁条垂直的横磁条进行标记，垂直点即为停止点；
S2、将所述步骤S1设置的巡检路径生成电子地图，并存储于巡检机器人上的工控机中；
S3、根据所述步骤2生成的电子地图，设置巡检机器人的所有巡检路段，以及计算各个巡检路段之间的转弯角度；
所述步骤S3中，两个相邻停止点作为一条巡检路段，所述电子地图对每条巡检路段进行路段编号，并且计算各个巡检路段之间的转弯角度。
所述计算各个巡检路段之间的转弯角度的具体方法为：设置巡检机器人的运行的起点到第一个停止点之间为第一巡检路段，第一个停止点到第二个停止点之间为第二巡检路段；并且设置起点在电子地图上的坐标为(x0,y0)，终点为第一点，其坐标为(x1,y1)，第二巡检路段的起始点与第一巡检路段的终点重合，起点坐标也为(x1,y1)，终点为第二点，其坐标为(x2,y2)；
当起点(x0,y0)与第一点(x1,y1)的y坐标相同时，判断第二点(x2,y2)与第一点(x1,y1)的y坐标；1、若y坐标相等时，则第一巡检路段和第二巡检路段同直线，并且如果(x2-x1)*(x1-x0)>0，则巡检机器人直行，否则巡检机器人转弯180°；2、若y坐标不相等时，巡检机器人需要转弯，如果(y2-y1)*(x1-x0)>0，则巡检机器人左转90°，否则右转90°；
当起点(x0,y0)与第一点(x1,y1)的x坐标相同时，判断第二点(x2,y2)与第一点(x1,y1)的x坐标；1、若x坐标相等时，则第一巡检路段和第二巡检路段同直线，并且如果(y2-y1)*(y1-y0)>0，则巡检机器人直行，否则巡检机器人转弯180°；2、若x坐标不相等时，巡检机器人需要转弯，如果(x2-x1)*(y1-y0)>0，机器人左转90°，否则右转90°。
S4、根据对待测设备的检测需求，生成巡检任务单，将巡检机器人置于巡检路径上，巡检机器人根据巡检任务单完成巡检任务。
进一步的，所述步骤S1中的停止点包括：监测点和转弯位置；所述巡检机器人上的磁传感器检测路径磁条，在路径磁条的方向上运行，当磁传感器检测到横磁条时，其采样点输出的传感信号增大到预设值，则巡检机器人所处的位置即为停止点。
更进一步的，所述巡检机器人的磁传感器包括第一磁传感器组和第二磁传感器组，所述第一磁传感器组和第二磁传感器组分别位于巡检机器人的前后两端；所述巡检机器人前进时，当第一磁传感器组检测到横磁条，巡检机器人上的电机驱动器控制巡检机器人做减速运动，直到第二磁传感器组检测到横磁条时，电机驱动器控制巡检机器人停止运动；
所述巡检机器人后退时，当第二磁传感器组检测到横磁条，电机驱动器控制巡检机器人做减速运动，直到第一磁传感器组检测到横磁条时，电机驱动器控制巡检机器人停止运动。
本发明的有益效果是：本发明一种变电站巡检路径跟踪方法在待测设备周围敷设路径磁条，在由巡检机器人上的磁传感器对机器人的运动方向进行导航，并且采用设置与路径磁条垂直的横磁条对监测位和转弯位置进行标记，为变电站巡检机器人提供了高可靠性的路径跟踪方法，并且定位精度高，抗电磁干扰能力强；在机器人每一次进行巡检任务前，可设置最优的巡检路径，使监测效率高，巡检方式灵活；追踪路径采用电子地图显示，在后台界面能直观的显示机器人当前跟踪路段以及工作状态，且电子地图绘制方便，推广性强，适用于不同的变电站；采用后台生成巡检任务单的方式，能灵活适用变电站的多种巡检模式，配合电子地图的使用，能够快速、直观的确定机器人的当前巡检路段，方便运行人员进行巡检模式的设置和监测设备的校核，具有很强的条理性，极大降低了运行人员的工作强度，提供了重要的安全保障。
附图说明
图1为本发明的一种变电站巡检路径跟踪方法的流程框图；
图2为本发明的一种变电站巡检路径跟踪方法中巡检机器人的动作流程图；
图3为本发明的一种变电站巡检路径跟踪方法中变电站电子地图的简易绘制；
图4为本发明的一种变电站巡检路径跟踪方法中机器人转弯判断；
图5为本发明的一种变电站巡检路径跟踪方法中的巡检任务单；
图6为本发明的一种变电站巡检路径跟踪方法中的后台界面当前路段实时显示图；
图7为本发明的一种变电站巡检路径跟踪系统的巡检路径敷设示意图；
图8为本发明的一种变电站巡检路径跟踪系统中巡检机器人的结构示意图；
其中：1-起始点，2-横磁条，3-机器人，4-巡检路径段，5-工控机，6-电机驱动器，7-前排磁传感器，8-后排磁传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。
如图1所示为本发明实施例一种变电站巡检路径跟踪方法的流程框图，其具体包括：
S1、在待测设备的有效检测范围内设置巡检机器人的巡检路径，所述巡检路径采用磁条实现，并对巡检路径中的停止点采用铺设与路径磁条垂直的横磁条进行标记，垂直点即为停止点；
S2、将所述步骤S1设置的巡检路径生成电子地图，并存储于巡检机器人上的工控机中；
S3、根据所述步骤2生成的电子地图，设置巡检机器人的所有巡检路段，以及计算各个巡检路段之间的转弯角度；
S4、根据待测设备的检测需求，生成巡检任务单，将巡检机器人置于巡检路径上，巡检机器人根据巡检任务单完成巡检任务。
本发明一种变电站巡检路径跟踪方法，通过采用在变电站待测设备的有效检测范围内预敷设路径磁条，并且设置监测点和转弯点，能够全方位对待测设备的运行状况进行有效监测，并且抗干扰能力强。其中，工控机的应用为本领域技术人员的公知常识，该工控机对磁传感器和电机驱动器的控制过程本方案不再详细介绍。所述步骤S4中的巡检任务单可以由巡检机器人的后台生成，巡检机器人按照任务巡检单的需求完成对待测设备的检测，并且可以在后台界面进行实时监测。下面将详细上述步骤的实现过程：
其中，所述步骤S1中的停止点包括监测点和转弯位置；所述监测点是根据待测设备的检测需求在其有效的检测范围内人为设定的位置，转弯位置也是根据监测点之间的路径人为设定的；巡检机器人对停止点的具体识别过程为：所述巡检机器人上的磁传感器检测路径磁条，在路径磁条的方向上运行，当磁传感器检测到横磁条时，其采样点输出的传感信号增大到预设值，该预设值是与磁传感器在路径磁条上正常运行时其采样点输出的传感信号相比较，当增大到一定的程度，表明该位置处存在横磁条，则巡检机器人所处的位置即为停止点。
更具体的，为了提高对停止点的精确定位，可以将巡检机器人中的磁传感器设置为两组，包括第一磁传感器组和第二磁传感器组，所述第一磁传感器组和第二磁传感器组分别位于巡检机器人的前后两端；所述巡检机器人前进时，当第一磁传感器组检测到横磁条，巡检机器人上的电机驱动器控制巡检机器人做减速运动，直到第二磁传感器组检测到横磁条时，电机驱动器控制巡检机器人停止运动，此时巡检机器人处于停止点，并由巡检机器人中的工控机判断该停止点是否为监测点和巡检机器人的下一步动作，如图2所示为巡检机器人动作流程图，其下一步动作具体可以是继续前进、转弯、倒退，若该停止点为监测位置，即表示巡检机器人可以开始对待测设备的检测工作；同理，当所述巡检机器人后退时，当第二磁传感器组检测到横磁条，电机驱动器控制巡检机器人做减速运动，直到第一磁传感器组检测到横磁条时，电机驱动器控制巡检机器人停止运动。
所述步骤S3中，两个相邻停止点作为一条巡检路段，所述电子电子地图对每条巡检路段进行路段编号，并且计算各个巡检路段之间的转弯角度，具体的计算方法为：设置巡检机器人的运行的起点到第一个停止点之间为第一巡检路段，第一个停止点到第二个停止点之间为第二巡检路段；并且设置起点在电子地图上的坐标为(x0,y0)，终点为第一点，其坐标为(x1,y1)，第二巡检路段的起始点与第一巡检路段的终点重合，起点坐标也为(x1,y1)，终点为第二点，其坐标为(x2,y2)；
当起点(x0,y0)与第一点(x1,y1)的y坐标相同时，判断第二点(x2,y2)与第一点(x1,y1)的y坐标；1、若y坐标相等时，则第一巡检路段和第二巡检路段同直线，并且如果(x2-x1)*(x1-x0)>0，则巡检机器人直行，否则巡检机器人转弯180°；2、若y坐标不相等时，巡检机器人需要转弯，如果(y2-y1)*(x1-x0)>0，则巡检机器人左转90°，否则右转90°；
当起点(x0,y0)与第一点(x1,y1)的x坐标相同时，判断第二点(x2,y2)与第一点(x1,y1)的x坐标；1、若x坐标相等时，则第一巡检路段和第二巡检路段同直线，并且如果(y2-y1)*(y1-y0)>0，则巡检机器人直行，否则巡检机器人转弯180°；2、若x坐标不相等时，巡检机器人需要转弯，如果(x2-x1)*(y1-y0)>0，机器人左转90°，否则右转90°。
上述计算方法只涉及了三点构成的巡检路段之间的转弯角度的判定，同理，根据上述判定方法也能够判断出后续任意连续三个停止点构成的巡检路段之间的转弯角度，根据当前巡检路段上的两点(xi,yi)和(xi+1,yi+1)以及下一巡检路段上的第三点(xi+2,yi+2)，根据上述方法，判断转弯角度。为了便于理解，下面以如图3所示建立的电子地图为例来说明，图中图中每一个十字型交叉点都为一个停止点，巡检机器人从充电房出发，即以充电房为原点，开始路径跟踪。
当巡检机器人巡检到图4所示方向为从A点到B点的第8条巡检路段上，此时A点与B点的x坐标相等，判断由B点到下一巡检路径的转弯角度，下面将对具体情况进行分析，由于在后台界面选择停止点有坐标误差，只要x坐标或者y坐标的值在误差范围内，即可认为x坐标或者y坐标相等。
1、若下一段路径是BC段时，C点的x坐标与B点的x坐标不相等，并且(xc-xb)*(yb-ya)<0，满足右转90°判断条件，机器人会在停止位B停止路径跟踪并开始右转90°，转弯完成以后开始第9段(BC段)路径跟踪；
2、若下一段路径是BD段时，D点的x坐标与B点的x坐标不相等，并且(xd-xb)*(yb-ya)>0，满足左转90°判断条件，机器人会在停止位B停止路径跟踪并开始左转90°，转弯完成以后开始第9段(BD段)路径跟踪；
3、若下一段路径是BE段时，E点的x坐标与B点的x坐标相等，并且(ye-yb)*(yb-ya)>0，满足直行条件，机器人会经过停止点B后，继续前进开始第9段(BE段)路径跟踪。
4、若下一段路径是BA段时，A点的x坐标与B点的x坐标相等，并且(ya-yb)*(yb-ya)<0，满足掉头条件，机器人会经过停止点B后开始掉头，掉头完成以后继续第9段(BA段)路径跟踪。
如图5所示为按照图4的路径跟踪方法制作的AB段—BC段—CB段—BD段—DB段—BE段，即第8条巡检路段到第13条巡检路段的巡检任务单，巡检机器人按照巡检任务单，顺序执行，完成路径跟踪。
如图6所示为在后台界面实时显示机器人在第9条巡检路段(BC段)按照箭头所指的方向前进，同时显示出判断转弯的三个停止点，并且即将到达的停止点C会闪烁，以便直观显示。
同时，为解决技术问题本发明还提供了一种变电站巡检路径跟踪系统，如图7所示为该系统的路径磁条敷设示意图，如图8所示为巡检机器人的机构示意图，该系统主要包括：巡检机器人、以及在待测设备的有效检测范围内设置的路径磁条，还包括与路径磁条垂直的横磁条，该垂直点为巡检机器人在路径磁条上的停止点；所述巡检机器人包括：工控机、电机驱动器以及磁传感器，所述工控机分别与电机驱动器和磁传感器连接，用于接收磁传感器发送的传感信号和控制电机驱动器的工作；所述磁传感器用于检测路径磁条获得的传感信号，并将传感信号传输到工控机，所述电机驱动器用于驱动巡检机器人的运动方向和运动速度。
其中，巡检机器人的巡检路径被认为划分为多条巡检路段，并且每条巡检路段的信息都存储在工控机中，包括巡检路段的编号、相对上一段的转弯角度、路径属性、监测点信息等，当巡检机器人运动到停止点时都会停止运动，然后根据工控机存储的信息开始下一路段的运行。所述电机驱动器可以通过CAN总线与工控机连接，所述磁传感器通过D/I(数字输入)信号与工控机连接。
为了本领域技术人员能够理解并且实施本发明技术方案，下面将结合具体的实施方式对本发明一种变电站巡检机器人路径跟踪方法及系统进行详细阐述：
1、在变电站预埋5cm宽、1mm厚的磁条，预埋路径覆盖变电站需要检测的所有设备，并在监测位置和转弯位置铺设横磁条，所述横磁条和路径磁条呈十字型，统称停止点，当磁传感器检测到磁场时，每一个采样点都会有一路信号输出，检测到横磁条时，采样点个数大于预设值，则巡检机器人所在的位置为停止点。
2、根据预埋路径建立变电站路径追踪的电子地图，每相邻两个停止点可以作为一条巡检路段，所述电子地图在实际的操作应用中可以没有绘制精度要求，只需要绘制相对方位的巡检路径和相同数量的停止点即可，具体可利用绘图软件绘制640*480像素的24位位图，然后利用VC++6.0对电子地图进行编辑,确定界面内x轴正方向为水平向右，y轴正方向为垂直向下。
3、根据电子地图，设置机器人出发的原点与停靠点，然后计算当前巡检路段到下一条巡检路段的转弯角度。
4、利用电子地图，制作巡检任务清单，确定行驶路径。
Claims (3)
1.一种变电站巡检路径跟踪方法，其特征在于，具体包括：
S1、在待测设备的有效检测范围内设置巡检机器人的巡检路径，所述巡检路径采用磁条实现，并对巡检路径中的停止点采用铺设与路径磁条垂直的横磁条进行标记，垂直点即为停止点；
S2、将所述步骤S1设置的巡检路径生成电子地图，并存储于巡检机器人上的工控机中；
S3、根据所述步骤2生成的电子地图，设置巡检机器人的所有巡检路段，以及计算各个巡检路段之间的转弯角度；
所述步骤S3中，两个相邻停止点作为一条巡检路段，所述电子地图对每条巡检路段进行路段编号，并且计算各个巡检路段之间的转弯角度，所述计算各个巡检路段之间的转弯角度的具体方法为：设置巡检机器人的运行的起点到第一个停止点之间为第一巡检路段，第一个停止点到第二个停止点之间为第二巡检路段；并且设置起点在电子地图上的坐标为(x0,y0)，终点为第一点，其坐标为(x1,y1)，第二巡检路段的起始点与第一巡检路段的终点重合，起点坐标也为(x1,y1)，终点为第二点，其坐标为(x2,y2)；
当起点(x0,y0)与第一点(x1,y1)的y坐标相同时，判断第二点(x2,y2)与第一点(x1,y1)的y坐标；1、若y坐标相等时，则第一巡检路段和第二巡检路段同直线，并且如果(x2-x1)*(x1-x0)>0，则巡检机器人直行，否则巡检机器人转弯180°；2、若y坐标不相等时，巡检机器人需要转弯，如果(y2-y1)*(x1-x0)>0，则巡检机器人左转90°，否则右转90°；
当起点(x0,y0)与第一点(x1,y1)的x坐标相同时，判断第二点(x2,y2)与第一点(x1,y1)的x坐标；1、若x坐标相等时，则第一巡检路段和第二巡检路段同直线，并且如果(y2-y1)*(y1-y0)>0，则巡检机器人直行，否则巡检机器人转弯180°；2、若x坐标不相等时，巡检机器人需要转弯，如果(x2-x1)*(y1-y0)>0，机器人左转90°，否则右转90°；
S4、根据对待测设备的检测需求，生成巡检任务单，将巡检机器人置于巡检路径上，巡检机器人根据巡检任务单完成巡检任务。
2.如权利要求1所述的一种变电站巡检路径跟踪方法，其特征在于，所述步骤S1中的停止点包括：监测点和转弯位置；所述巡检机器人上的磁传感器检测路径磁条，在路径磁条的方向上运行，当磁传感器检测到横磁条时，其采样点输出的传感信号增大到预设值，则巡检机器人所处的位置即为停止点。
3.如权利要求2所述的一种变电站巡检路径跟踪方法，其特征在于，所述巡检机器人的磁传感器包括第一磁传感器组和第二磁传感器组，所述第一磁传感器组和第二磁传感器组分别位于巡检机器人的前后两端；所述巡检机器人前进时，当第一磁传感器组检测到横磁条，巡检机器人上的电机驱动器控制巡检机器人做减速运动，直到第二磁传感器组检测到横磁条时，电机驱动器控制巡检机器人停止运动；
所述巡检机器人后退时，当第二磁传感器组检测到横磁条，电机驱动器控制巡检机器人做减速运动，直到第一磁传感器组检测到横磁条时，电机驱动器控制巡检机器人停止运动。
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