CN107457784A - 变电站巡检机器人gps北斗差分定位与导航方法 - Google Patents

变电站巡检机器人gps北斗差分定位与导航方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变电站巡检机器人GPS/北斗差分定位与导航方法，定位采用基于GPS/北斗差分定位方法，以消除卫星时钟，卫星星历，电离层延时和对流层延时等固定误差。该定位及导航方法主要由3部分组成：参考基准站、巡检机器人定位与导航模块、管理平台。利用该方法可以实现变电站巡检机器人的精确定位和导航。

Description

变电站巡检机器人GPS北斗差分定位与导航方法
技术领域
本发明涉及变电站巡检领域，具体涉及一种变电站巡检机器人GPS北斗差分定位与导航方法。
背景技术
当前，随着智能电网和机器人技术的大力发展，越来越多的机器人被运用到变电站巡检中，实现全天候全方位全自主的对变电站设备巡检，替代传统的人工巡检方式，提高变电站巡检的自动化和智能化。在变电站巡检中巡检机器人发挥着越来越重要的作用。
在巡检机器人系统中，如何实现巡检机器人的定位和导航是一个很重要和关键的技术。现运用的技术中大多采用铺设轨道、激光定位、图像分析的方法实现定位与导航，这些方法都存在着施工复杂，定位精度不高受客观因素影响大的缺点。本发明专利针对这些问题提出了一种基于GPS/北斗差分定位与导航方法，实现了变电站巡检机器人的高精度定位和导航。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种变电站巡检机器人GPS/北斗差分定位与导航方法，利用该方法可以实现变电站巡检机器人的精确定位和导航。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
变电站巡检机器人GPS/北斗差分定位与导航方法，包括以下步骤：
S01：建立参考基准站，在变电站内选取一个固定点作为参考基准站；
S02：计算差分校正量，通过精密仪器测量出参考基准站的精密坐标值，再通过安装在参考基准站的GPS/北斗接收单元计算出参考基准站的测量坐标值，由参考基准站精密坐标值和测量坐标值计算出差分校正量；
S03：巡检机器人定位，基于GPS/北斗卫星信号计算出巡检机器人定位位置，并由参考基准站传过来的差分校正量校正巡检机器人定位位置，得到巡检机器人实时定位位置；
S04：建立工作坐标系，选取工作坐标系原点，以巡检机器人充电站坐标位置作为工作坐标系原点，其中，巡检机器人充电站为在变电站内修建的一个供巡检机器人充电、休息时停放的场所；
S05：坐标信息转换，计算出巡检机器人的实时定位位置以及参考基准站定位位置到工作坐标系的转换矩阵；
S06：计算巡检导航路线，将变电站巡检路径坐标信息通过转换矩阵转换成巡检机器人工作坐标系，计算出最优巡检路径并进行巡检导航。
进一步的，所述步骤S04建立坐标系中，以正北方向为Y轴，以正东方向为X轴。
进一步的，所述S05坐标信息转换具体包括以下子步骤：
S11：获取巡检机器人充电站经纬度坐标信息；
S12：由建立的工作坐标系与获取的巡检机器人充电站经纬度坐标信息得到定位坐标系到工作坐标系的转换矩阵。
进一步的，所述步骤S06计算巡检导航路线具体包括以下子步骤：、
S21：获取变电站巡检路径坐标信息，并将巡检路径坐标信息通过转换矩阵转换成巡检机器人工作坐标系；
S22：管理平台将巡检机器人工作坐标系通过web界面或客户端展示出来，配置巡检机器人的自动巡检路径；
S23：巡检机器人接收自动巡检路径，通过数据分析处理单元计算出最优巡检路径；
S24：巡检机器人根据最优巡检路径开始巡检，并获取巡检机器人的实时位置作为反馈信息，保证导航路径的精确。
进一步的，所述步骤S21中，获取变电站巡检路径坐标信息包括自动获取或通过手动控制巡检机器人的方式获取。
变电站巡检机器人GPS/北斗差分定位与导航平台，包括建立在变电站内一个固定点上的参考基准站、巡检机器人定位与导航模块、管理平台；
所述参考基准站主要由GPS/北斗接收单元、数据分析处理单元、RF通信单元组成，GPS/北斗接收单元用于接收基准值和GPS/北斗卫星信号，数据分析处理单元基于GPS/北斗卫星信号计算出参考基准站定位位置，由参考基准站定位位置与真实值计算出差分校正量，通过RF通信单元将该差分校正量发送给巡检机器人定位与导航模块；
所述巡检机器人定位与导航模块主要由GPS/北斗接收单元、数据分析处理单元、RF通信单元、4G/3G通信单元组成，GPS/北斗接收单元用于接收基准值与GPS/北斗卫星信号，数据分析处理单元将GPS/北斗接收单元接收到的卫星信号计算出巡检机器人定位位置，并用RF通信单元接收到的由参考基准站传过来的差分校正量校正巡检机器人定位位置，得到该时刻巡检机器人精确的定位位置；通过4G/3G通信单元将巡检机器人精确的定位位置上传给管理平台，由管理平台做相关操作。
本发明的有益效果是： 基于GPS/北斗差分定位系统能保证定位的高精度，定位精度达到2cm。该定位方法硬件设备简单，成本低。采用RF通信作为参考基站与巡检机器人通信方式，节约通信费用，且功耗低，通信可靠。建立巡检机器人工作坐标系，将机器人位置地理位置及巡检路径信息转换成工作坐标系中的坐标位置，通过工作坐标系配置及监测机器人的巡检轨迹。
附图说明
图1是本发明平台框图；
图2是本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1-2所示，
变电站巡检机器人GPS北斗差分定位与导航平台，包括建立在变电站内一个固定点上的参考基准站、巡检机器人定位与导航模块、管理平台；
所述参考基准站主要由GPS/北斗接收单元、数据分析处理单元、RF通信单元组成，GPS/北斗接收单元用于接收基准值和GPS/北斗卫星信号，数据分析处理单元基于GPS/北斗卫星信号计算出参考基准站定位位置，由参考基准站定位位置与真实值计算出差分校正量，通过RF通信单元将该差分校正量发送给巡检机器人定位与导航模块；
所述巡检机器人定位与导航模块主要由GPS/北斗接收单元、数据分析处理单元、RF通信单元、4G/3G通信单元组成，GPS/北斗接收单元用于接收基准值与GPS/北斗卫星信号，数据分析处理单元将GPS/北斗接收单元接收到的卫星信号计算出巡检机器人定位位置，并用RF通信单元接收到的由参考基准站传过来的差分校正量校正巡检机器人定位位置，得到该时刻巡检机器人精确的定位置；通过4G/3G通信单元将巡检机器人精确的定位置上传给管理平台，由管理平台做相关操作。
定位采用基于GPS/北斗差分定位方法，以消除卫星时钟，卫星星历，电离层延时和对流层延时等固定误差。变电站巡检机器人GPS北斗差分定位与导航方法，包括以下步骤：
S01：建立参考基准站，在变电站内选取一个固定点作为参考基准站；
S02：计算差分校正量，通过精密仪器测量出参考基准站的精密坐标值，再通过安装在参考基准站的GPS/北斗接收单元计算出参考基准站的测量坐标值，由参考基准站精密坐标值和测量坐标值计算出差分校正量；
S03：巡检机器人定位，基于GPS/北斗卫星信号计算出巡检机器人定位位置，并由参考基准站传过来的差分校正量校正巡检机器人定位位置，得到巡检机器人实时定位位置；
S04：建立工作坐标系，选取工作坐标系原点，以巡检机器人充电站坐标位置作为工作坐标系原点；
S05：坐标信息转换，计算出巡检机器人的实时定位位置以及参考基准站定位位置到工作坐标系的转换矩阵；
S06：计算巡检导航路线，将变电站巡检路径坐标信息通过转换矩阵转换成巡检机器人工作坐标系，计算出最优巡检路径并进行巡检导航。
进一步的，所述步骤S04建立坐标系中，以正北方向为Y轴，以正东方向为X轴。
进一步的，所述S05坐标信息转换具体包括以下子步骤：
S11：获取巡检机器人充电站经纬度坐标信息；
S12：由建立的工作坐标系与获取的巡检机器人充电站经纬度坐标信息得到定位坐标系到工作坐标系的转换矩阵。
进一步的，所述步骤S06计算巡检导航路线具体包括以下子步骤：、
S21：获取变电站巡检路径坐标信息，并将巡检路径坐标信息通过转换矩阵转换成巡检机器人工作坐标系；
S22：管理平台将巡检机器人工作坐标系通过web界面或客户端展示出来，配置巡检机器人的自动巡检路径；
S23：巡检机器人接收自动巡检路径，通过数据分析处理单元计算出最优巡检路径；
S24：巡检机器人根据最优巡检路径开始巡检，并获取巡检机器人的实时位置作为反馈信息，保证导航路径的精确。
进一步的，所述步骤S21中，获取变电站巡检路径坐标信息包括自动获取或通过手动控制巡检机器人的方式获取。
并将变电站巡检机器人实时地理位置坐标信息转化为工作坐标系的方法。以变电站巡检机器人充电站坐标位置作为工作坐标系坐标原点（0，0），以正北方位为Y轴，正东方向为X轴。机器人工作坐标系建立流程：1、通过图2中定位方法获取巡检机器人充电站经纬度坐标信息，该坐标信息通过通信单元上传到管理平台，由管理平台算法单元计算出充电站经纬度坐标信息得到定位坐标系到工作坐标系的转换矩阵；2、获取变电站巡检路径的坐标信息（可通过手动控制巡检机器人的方式获取），管理平台将收到的巡检路径坐标信息通过转换矩阵转换成机器人工作坐标系；3、管理平台将机器人工作坐标系通过web界面或客户端展示出来，可配置机器人的自动巡检路径，机器人在收到自动巡检路径后，通过数据分析处理单元计算出最优的巡检路径；4、根据计算出的最优巡检路径开始巡检，通过定位与导航模块获取的实时位置信息作为反馈保证导航路径的精确。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.变电站巡检机器人GPS北斗差分定位与导航方法，其特征在于包括以下步骤：
S01：建立参考基准站，在变电站内选取一个固定点作为参考基准站；
S02：计算差分校正量，通过精密仪器测量出参考基准站的精密坐标值，再通过安装在参考基准站的GPS/北斗接收单元计算出参考基准站的测量坐标值，由参考基准站精密坐标值和测量坐标值计算出差分校正量；
S03：巡检机器人定位，基于GPS/北斗卫星信号计算出巡检机器人定位位置，并由参考基准站传过来的差分校正量校正巡检机器人定位位置，得到巡检机器人实时精确定位位置；
S04：建立工作坐标系，选取工作坐标系原点，以巡检机器人充电站坐标位置作为工作坐标系原点；
S05：坐标信息转换，计算出巡检机器人的实时定位位置以及参考基准站定位位置到工作坐标系的转换矩阵；
S06：计算巡检导航路线，将变电站巡检路径坐标信息通过转换矩阵转换成巡检机器人工作坐标系，计算出最优巡检路径并进行巡检导航。
2.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人GPS北斗差分定位与导航方法，其特征在于：所述步骤S04建立坐标系中，以正北方向为Y轴，以正东方向为X轴。
3.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人GPS北斗差分定位与导航方法，其特征在于：所述S05坐标信息转换具体包括以下子步骤：
S11：获取巡检机器人充电站经纬度坐标信息；
S12：由建立的工作坐标系与获取的巡检机器人充电站经纬度坐标信息得到定位坐标系到工作坐标系的转换矩阵。
4.根据权利要求1所述的变电站巡检机器人GPS/北斗差分定位与导航方法，其特征在于：所述步骤S06计算巡检导航路线具体包括以下子步骤：、
S21：获取变电站巡检路径坐标信息，并将巡检路径坐标信息通过转换矩阵转换成巡检机器人工作坐标系；
S22：管理平台将巡检机器人工作坐标系通过web界面或客户端展示出来，配置巡检机器人的自动巡检路径；
S23：巡检机器人接收自动巡检路径，通过数据分析处理单元计算出最优巡检路径；
S24：巡检机器人根据最优巡检路径开始巡检，并获取巡检机器人的实时位置作为反馈信息，保证导航路径的精确。
5.根据权利要求4所述的变电站巡检机器人GPS/北斗差分定位与导航方法，其特征在于：所述步骤S21中，获取变电站巡检路径坐标信息包括自动获取或通过手动控制巡检机器人的方式获取。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的变电站巡检机器人GPS/北斗差分定位与导航方法，其特征在于：该方法应用于变电站巡检机器人GPS/北斗差分定位与导航平台，该平台包括建立在变电站内一个固定点上的参考基准站、巡检机器人定位与导航模块、管理平台；
所述参考基准站主要由GPS/北斗接收单元、数据分析处理单元、RF通信单元组成，GPS/北斗接收单元用于接收基准值和GPS/北斗卫星信号，数据分析处理单元基于GPS/北斗卫星信号计算出参考基准站定位位置，由参考基准站定位位置与真实值计算出差分校正量，通过RF通信单元将该差分校正量发送给巡检机器人定位与导航模块；
所述巡检机器人定位与导航模块主要由GPS/北斗接收单元、数据分析处理单元、RF通信单元、4G/3G通信单元组成，GPS/北斗接收单元用于接收基准值与GPS/北斗卫星信号，数据分析处理单元将GPS/北斗接收单元接收到的卫星信号计算出巡检机器人定位位置，并用RF通信单元接收到的由参考基准站传过来的差分校正量校正巡检机器人定位位置，得到该时刻巡检机器人精确的定位置；通过4G/3G通信单元将巡检机器人精确的定位置上传给管理平台，由管理平台做出相关操作。
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