CN107782315B - 一种电力智能巡检机器人路径规划和路径遍历方法 - Google Patents

一种电力智能巡检机器人路径规划和路径遍历方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力智能巡检机器人路径规划和路径遍历方法，包括巡检机器人在开放路径中进行路径遍历和路径规划，所述路径遍历为通过依次识别、记录和过滤末端路径，然后在记录的路径上添加两条边形成闭合路径，深度搜索最短路径实现路径遍历，所述路径规划包括依次识别间隔和最大相邻路径长度，并按照间隔由大到小、最大相邻路径长度由大到小过滤冗余路径点和路径，来得到简单的连接图；本发明通过设置开放式路径，有效解决了智能巡检机器人在道路狭窄且不形成回路的情况下进行路径遍历和路径规划时只支持闭合路径的问题，具有较强的实用性。

Description

一种电力智能巡检机器人路径规划和路径遍历方法
技术领域
本发明涉及机械零部件技术、通信技术等领域，具体的说，是一种电力智能巡检机器人路径规划和路径遍历方法。
背景技术
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，例行巡检每天至少两次，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、大雾、冰雪、雷雨后进行，随着及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，携带监测设备代替人工进行设备巡检成为可能。
电力智能巡检机器人(简称巡检机器人)，被部署在铁路变电站，按照指定的巡检任务列表(即任务点列表)，规划出最优巡检路径，巡检机器人按照该巡检路径前进，对铁路变电站仪表及零部件实施高精度成像监测，在监测数据的自动识别与分析的基础上，形成维修建议，指导铁路变电站故障隐患的消缺。
巡检机器人需要在特定位置(简称任务点)拍摄变压器、油位表、绝缘子等装置的清晰图像，前提条件是巡检机器人能够安全自主地到达该位置。在现场部署巡检机器人时，工程人员在除所有的任务点以外的位置添加其他的点(简称路径点)，再将这些点用线段连接起来，形成一张平面网络结构图(简称图)，为了安全起见，巡检机器人只能沿着途中的路径运动，要达到某个任务点，需要巡检机器人自主规划从原点到该任务点最优路径(即路径规划)。且在现场部署时，需要让机器人自主遍历途中所有的路径，以确保图中的所有路径巡检机器人都可安全到达或通过的(即路径遍历)。
当前，图论中规划最优路径的方法有求解欧拉回路的方法，欧拉回路的定义为：若图G中存在这样一条路径，使得它恰通过G中每条边一次，则称该路径为欧拉路径，若该路径是一个圈，则称为欧拉回路，欧拉回路中，每条边只通过一次，不满足此条件的图便无法实现路径规划，且要求图是闭合路径，但是在铁路变电站中，几乎无法满足这样的条件。
当前的大部分路径规划和路径遍历算法只适合闭合路径的路径规划，如图1所示，使得铁路变电站部署时，只能将图设计成闭合路径，在道路狭窄且不形成回路的情况下，只能强行设计成闭合路径，且现有技术具有成本高，效率底，耗时间等问题。为解决上述问题，国内外许多机构都对此相关问题进行了深入的研究，如：国家知识产权局于2012年7月12日公告的专利号为201210044111.3，名称为“一种用于变电站顺控系统的多巡检机器人协同运作办法”中提出了基于变电站环境采用拓扑法建模，根据巡检机器人可行走路线行程拓扑网状图和连通关系矩阵，进行路径的搜索及遍及输出距离矩阵和最短路径矩阵，此方法中并没有有效解决路径规划为闭合路径的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力智能巡检机器人路径规划和路径遍历方法，通过依次识别、记录和滤掉末端路径，然后在记录的路径上添加两条边形成闭合路径实现路径遍历；依次识别间隔和最大相邻路径长度，并按间隔由大到小、最大相邻路径长度由大到小滤掉冗余路径点和路径，得到简洁连通图实现路径规划；解决了巡检机器人进行路径遍历和路径规划时只支持闭合路径的问题。
本发明通过下述技术方案实现：一种电力智能巡检机器人路径规划和路径遍历方法，通过巡检机器人在开放路径中进行路径遍历和路径规划，所述路径遍历通过以下步骤实现：(1)在开放路径中将所有末端路径标示出来；(2)进行末端路径的识别；(3)将识别的末端路径进行记录；(4)过滤前次所记录的末端路径；(5)重复步骤(2)、(3)、(4)直至无法识别出新的末端路径；(6)在所有过滤并记录的末端路径上添加两条重叠路径，形成闭合路径；(7)使用深度搜索搜索出最短的路径。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述开放路径中设置有原点、任务点、路径点。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述路径规划包括以下步骤：1)计算路径点到达任意任务点最短需要经过的路径数量，2)计算连接路径点的最大相邻路径长度；3)按照路径数量由大到小、最大相邻路径长度由大到小滤掉冗余的路径点和相连的路径；4)重复步骤3)，直到滤掉所有的冗余路径点和路径后的结果；5)使用深度搜索的方法搜索最短的路径，使所有的任务点得到遍历。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述步骤3)中，按照路径数量由大到小、最大相邻路径长度由大到小滤掉冗余的路径点和相连路径时，在图连通的情况下进行。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述使用深度搜索的方法搜索最短路径包括以下步骤：4-1)完成路径遍历步骤(6)后，形成闭合路径；4-2)识别出路径中的奇度点，连接路径数量为奇数的点为奇度点；4-3)在奇度点上添加一条路径；4-4)从起点开始，按任意点的编号从小到大搜索路径，每搜索一条路径，将任意两点之间连线数量减一；4-5)以此类推，直到搜索遍历所有的点和边，最后结束深度搜索。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：在所述路径遍历所有边的步骤4-4)中，若路径遍历出现遗漏部分点，要恢复到遗漏的部分点进行重新搜索。
进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述末端路径为连接点连接数量为1的边。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明在进行路径遍历和路径规划时，可以不拘于闭合路径的限制，在开放路径中依次识别、记录和滤掉末端路径，然后在记录的路径上添加两条边行程闭合路径来实现路径遍历；然后通过依次识别间隔和最大相邻路径长度，并按间隔由大到小、最大相邻路径长度由大到小滤掉冗余路径点和路径来实现路径规划的方法；解决了现有技术中在道路狭窄不能形成回路的情况下，巡检机器人只能在现场闭合路径中进行工作的问题，方法简单且实用性强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图3-图7为本发明实施例提供的巡检机器人在开放路径中的路径遍历示意图。
图8-图12为本发明实施例提供的巡检机器人在开放路径中的路径规划示意图。
图13-图18为本发明实施例提供的巡检机器人在开放路径中使用深度搜索搜索最短路径流程原理说明示意图。
图19为本发明实施例提供的某变电站现场部署示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图3-7所示，一种电力智能巡检机器人路径规划和路径遍历方法，通过巡检机器人在开放路径中进行路径遍历和路径规划，所述路径遍历通过以下步骤实现：(1)在开放路径中将所有末端路径标示出来；(2)进行末端路径的识别；(3)将识别的末端路径进行记录；(4)过滤前次所记录的末端路径；(5)重复步骤(2)、(3)、(4)直至无法识别出新的末端路径；(6)在所有过滤并记录的末端路径上添加两条重叠路径，形成闭合路径；(7)使用深度搜索搜索出最短的路径。按照需要到达的任务点按最短路径完成巡检机器人的工作。
实施例2：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，如图2所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述开放路径中设置有原点、任务点、路径点。
实施例3：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：如图8-图12所示，所述路径规划包括以下步骤：1)计算路径点到达任意任务点最短需要经过的路径数量，2)计算连接路径点的最大相邻路径长度；3)按照路径数量由大到小、最大相邻路径长度由大到小滤掉冗余的路径点和相连的路径；4)重复步骤3)，直到滤掉所有的冗余路径点和路径后的结果；5)使用深度搜索的方法搜索最短的路径，使所有的任务点得到遍历。
实施例4：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：如图9所示在所述步骤3)中，按照路径数量由大到小、最大相邻路径长度由大到小滤掉冗余的路径点和相连路径时，保证在图连通的情况下进行。
实施例5：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：如图13-图18所示，所述使用深度搜索的方法搜索最短路径包括以下步骤：4-1)完成路径遍历步骤(6)后，形成闭合路径；4-2)识别出路径中的奇度点；连接路径数量为奇数的点为奇度点；4-3)在奇度点上添加一条路径；4-4)从起点开始，按任意点的编号从小到大搜索路径，每搜索一条路径，将任意两点之间连线数量减一；4-5)以此类推，直到搜索遍历所有的点和边，最后结束深度搜索。
实施例6：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：如图16所示，在所述路径遍历所有边的步骤4-4)中，若路径遍历出现遗漏部分点，要恢复到遗漏的部分点进行重新搜索。
实施例7：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：如图3所示所述末端路径为连接点连接数量为1的边。
实施例8：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：如图19所示，其中A点为原点，4、9、10、14、18、22、25、27、29、32、34分别为任务点，其他点皆为路径点，任意的点与点之间的连线均为路径；按照路径遍历的步骤在图中完成遍历所有边，并使用深度搜索的方法搜索出最短路径为:
A->36->35->34->33->32->31->30->16->17->18->19->20->21->22->23->24->25->24->26->27->28->29->28->27->26->24->23->22->21->20->19->18->17->16->15->14->13->12->11->10->9->8->7->6->5->4->3->2->1->A
当任务点设置为10、18、22、27、32时，按照路径规划的步骤搜索出遍历所有任务点的最短路径为：
A->36->35->34->33->32->31->30->16->15->14->13->12->11->10->11->12->13->14->15->16->17->18->19->20->21->22->23->24->26->27->26->24->23->22->21->20->19->18->17->16->30->31->32->33->34->35->36->A
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电力智能巡检机器人路径规划和路径遍历方法，其特征在于：通过巡检机器人在开放路径中进行路径遍历和路径规划，所述路径遍历通过以下步骤实现：（1）在开放路径中将所有末端路径标示出来；（2）进行末端路径的识别；（3）将识别的末端路径进行记录；（4）过滤前次所记录的末端路径；（5）重复步骤（2）、（3）、（4）直至无法识别出新的末端路径；（6）在所有过滤并记录的末端路径上添加两条重叠路径，形成闭合路径；（7）使用深度搜索搜索出最短的路径；
所述开放路径中设置有原点、任务点和路径点；
所述路径规划包括以下步骤：1）计算路径点到达任意任务点最短需要经过的路径数量；2)计算连接路径点的最大相邻路径长度；3）按照路径数量由大到小、最大相邻路径长度由大到小滤掉冗余的路径点和相连的路径；4）重复步骤3），直到滤掉所有的冗余路径点和路径后的结果；5）使用深度搜索的方法搜索最短的路径，使所有的任务点得到遍历；
所述使用深度搜索的方法搜索最短路径包括以下步骤：4-1）完成路径遍历步骤（6）后，形成闭合路径；4-2）识别出路径中的奇度点；4-3）在奇度点上添加一条路径；4-4）从起点开始，按点的编号从小到大搜索路径，每搜索一条路径，将两点之间连线数量减一；4-5）以此类推，直到搜索遍历所有的点和边，结束深度搜索；
所述末端路径为连接任意点的数量为1的边。
2.根据权利要求1所述的一种电力智能巡检机器人路径规划和路径遍历方法，其特征在于：所述步骤3）中，按照路径数量由大到小、最大相邻路径长度由大到小滤掉冗余的路径点和相连路径时，在图连通的情况下进行。
3.根据权利要求1所述的一种电力智能巡检机器人路径规划和路径遍历方法，其特征在于：所述步骤4-4）中，若路径遍历出现遗漏部分点，需要恢复到遗漏的部分点进行重新搜索。
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