CN108427418B - 自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法和系统 - Google Patents

自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法，它包括以下步骤：步骤1：在设备行进的表面上设置m个指示标记，指示标记具有相垂直的X轴和Y轴，X轴和Y轴的交点为中心点，Y轴正方向为指示标记的正方向，各指示标记的中心点的依次连线构成设备的封闭行进路线；步骤2：控制设备依据各指示标记移动；当设备移动至任一指示标记的X轴时，识别设备与指示标记的中心点之间的距离l以及设备当前朝向与指示标记的正方向之间的P°夹角，控制设备平移过距离l并转过P°后，控制设备继续向下一指示标记移动。本发明还涉及实现上述方法的自主识别及纠偏的行进轨迹控制系统，包括指示标记、识别器和控制器。本发明易于布置实施，成本较低。

Description

自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法和系统
技术领域
本发明属于供配电智能运检技术领域，具体涉及一种对设备的自动巡检的行进轨迹进行自主识别及纠偏的方法和系统。
背景技术
由于供电企业管辖的配电站室数量日益增长，一线运维人员保供电工作压力日益增大。针对这一问题，不得不投入研究智能化巡视的新技术、新方案（简称为“机器换人”）。先期已投入手持式测温、测负、局放仪等新型检测装备，其中在线24小时监测解决了一部分作业人员的蹲点值守，但是大量配电站室现场必须重复配置高精度检测装置，减人增效不尽显著。进而研究轨道式巡检机器人技术，可实现一个配电站室共享高精度检测装置，实践表明，轨道式运行方式一方面对现场改造提出苛刻的安装技术要求，大量的配电站室不具备改造条件；另一方面是具备轨道式运行方式的配电站室，待固定布置完成后，还发现有巡视的“盲区”时无法调整轨道。更重要的是，轨道式运行方式不仅初期投入成本大，后期维护成本也不可忽视，所以大规模应用举步维艰。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够使巡检设备的路径易于设置和调整，且成本较低的自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法，用于实现设备的行进轨迹控制，所述自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法包括以下步骤：
步骤1：在所述设备行进的表面上设置m个指示标记，所述指示标记具有在平行于所述表面的平面上建立的相垂直的X轴和Y轴，所述X轴和所述Y轴的交点为所述指示标记的中心点，所述Y轴的正方向为所述指示标记的正方向，各所述指示标记的中心点的依次连线构成所述设备的封闭行进路线；m为大于1的正整数；
步骤2：控制所述设备依据各所述指示标记移动；当所述设备移动至任一所述指示标记的X轴时，识别所述设备与所述指示标记的中心点之间的距离l以及所述设备当前朝向与所述指示标记的正方向之间的P°夹角，控制所述设备平移过距离l并转过P°，使得所述设备位于所述指示标记的中心点且所述设备的当前朝向与所述指示标记的正方向同向后，控制所述设备继续向下一所述指示标记移动。
优选的，当首次控制所述设备依据各所述指示标记移动时，记录各所述指示标记所对应的所述P°夹角；当再次控制所述设备依据各所述指示标记移动时，在所述设备移动至任一所述指示标记时，依据下一指示标记对应的所述P°夹角，控制所述设备进行-P°旋转。
优选的，所述指示标记由依次编号和排布的n个圆形组成，n为正奇数，各所述圆形的圆心共线且相邻两个所述圆形外切，经过各所述圆形的圆心而建立所述X轴，经过第(n+1)/2个所述圆形的圆心而建立所述Y轴。
优选的，所述指示标记中所述圆形的半径由第(n+1)/2个所述圆形向其两侧递减。
优选的，当所述设备移动至任一所述指示标记时，所述设备经过第nx个所述圆形，nx取值为1，2，…，n中任一值，所述设备的移动路径将第nx个所述圆形分割为两部分，依据所述设备的移动路径所分割的所述指示标记中的圆形而确定所述设备与所述指示标记的中心点之间的距离l。
优选的，先根据所述设备的移动路径分割第nx个所述圆形所形成的两部分的面积，计算将所述路径平移至经过第nx个所述圆形的圆心时在所述X轴方向的平移量l1，再依据第nx个所述圆形与第(n+1)/2个所述圆形之间各所述圆形的半径计算第nx个所述圆形的圆心与所述指示标记的中心点之间的距离l2，然后依据所述距离l为所述平移量l1和距离l2之和计算所述距离l。
本发明还提供一种实现上述方法的自主识别及纠偏的行进轨迹控制系统，用于实现设备的行进轨迹控制，所述自主识别及纠偏的行进轨迹控制系统包括：
m个指示标记，m为大于1的正整数，所述指示标记具有在平行于所述设备行进的表面的平面上建立的相垂直的X轴和Y轴，所述X轴和所述Y轴的交点为所述指示标记的中心点，所述Y轴的正方向为所述指示标记的正方向，各所述指示标记的中心的依次连线构成所述设备的封闭行进路线；
识别器，所述识别器搭载于所述设备上并用于识别所述指示标记；
控制器，所述控制器搭载于所述设备上并与所述识别器相连接，所述控制器用于控制所述设备依据各所述指示标记移动；当所述设备移动至任一所述指示标记的X轴时，所述识别器识别所述指示标记，使得所述控制器识别出所述设备与所述指示标记的中心点之间的距离l以及所述设备当前朝向与所述指示标记的正方向之间的P°夹角，所述控制器控制所述设备平移过距离l并转过P°，使得所述设备位于所述指示标记的中心点且所述设备的当前朝向与所述指示标记的正方向同向后，控制所述设备继续向下一所述指示标记移动。
优选的，当首次控制所述设备依据各所述指示标记移动时，所述控制器记录各所述指示标记所对应的所述P°夹角；当再次控制所述设备依据各所述指示标记移动时，在所述设备移动至任一所述指示标记时，依据下一指示标记对应的所述P°夹角，所述控制器控制所述设备进行-P°旋转。
优选的，所述指示标记由依次编号和排布的n个圆形组成，n为正奇数，各所述圆形的圆心共线且相邻两个所述圆形外切，经过各所述圆形的圆心而建立所述X轴，经过第(n+1)/2个所述圆形的圆心而建立所述Y轴。
优选的，所述指示标记中所述圆形的半径由第(n+1)/2个所述圆形向其两侧递减。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明易于布置实施，能够适应变电站室现场的需要而完成设备的自动巡视，行进路线可调，成本较低。
附图说明
附图1为本发明中的指示标记的示意图。
附图2为本发明中指示标记的简化示意图。
附图3为本发明中设备行进偏离情况示意图.
附图4为本发明中一种左偏离的行进路线示意图。
附图5为本发明中一种左偏离的行进路线示意图。
附图6为本发明中路径平移的示意图。
附图7为本发明中向指示标记的中心点平移的示意图。
附图8为本发明中提前进行角度纠偏的示意图。
附图9为本发明的自主识别及纠偏的行进轨迹控制系统的示意图。
附图10为本发明中封闭行进路线的示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：在配电室中，通过携带有各种检测装备的设备沿着既定路线移动而代替人工巡检，对于上述设备在移动过程中的行进轨迹控制，采用以下自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法。
该自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法包括以下步骤：
步骤1：在设备行进的表面上设置m （m为大于1的正整数）个指示标记，指示标记具有在平行于设备行进表面的平面上建立的相垂直的X轴和Y轴，X轴和Y轴的交点为指示标记的中心点，Y轴的正方向为指示标记的正方向，使得各指示标记的中心点的依次连线构成设备的封闭行进路线，即第1个指示标记、第2个指示标记、…，第m个指示标记依次设置，且第m个指示标记回到第1个指示标记。
在本实施例中，指示标记由依次编号和排布的n（n为正奇数）个圆形组成，各圆形的圆心共线且相邻两个圆形外切，如附图1所示。经过各圆形的圆心而建立X轴，经过第(n+1)/2个圆形的圆心而建立Y轴。在附图1中示出了5个圆形，分别为圆1、圆2、圆3、圆4、圆5（对应编号1至5），它们各自对应的圆心分别为圆心1、圆心2、圆心3、圆心4、圆心5，则经过圆3的圆心而建立Y轴，如附图2所示。
进一步可以设置指示标记中圆形的半径由第(n+1)/2个圆形向其两侧递减，即中央的圆形的半径最大，越向两侧圆形半径越小。也可以反过来设置，使指示标记中圆形的半径由第(n+1)/2个圆形向其两侧递增。通过不同半径的圆形可以更加方便地辨别位置。例如在本实施例中，5个圆形的半径依次分别为r α、r β、r χ、r δ、r φ，且各圆形的半径梯度为r α＜r β＜r χ＞r δ＞r φ，对应5个圆形的面积梯度为S α＜S β＜S χ＞S δ＞S φ。
指示标记不仅可以采用上述多个圆形的方案，也可以是网格状或其他可以辨识的图形。
步骤2：控制设备依据各指示标记移动，即控制设备依次沿各指示标记移动。
当设备移动至任一指示标记的X轴时，识别设备与指示标记的中心点之间的距离l以及设备当前朝向与指示标记的正方向之间的P°夹角，控制设备平移过距离l并转过P°，使得设备位于指示标记的中心点且设备的当前朝向与指示标记的正方向同向后，控制设备继续向下一指示标记移动。
例如，以第1个指示标记作为起点，设备由起点的第1个指示标记向第2个指示标记行进。该过程中可能出现若干种偏离正方向的行进路线之一，如附图3所示，理想状态是正好行进至第2个指示标记的中心点且设备朝向与其正方向同向。
当设备移动至任一指示标记时，会经过第nx个圆形，nx取值为1，2，…，2n+1中任一值，设备的移动路径将第nx个圆形分割为两部分，依据设备的移动路径所分割的指示标记中的圆形而确定设备与指示标记的中心点之间的距离l。
以下以出现一种左偏离的行进路线为例进行说明，可知的是，右偏离的行进路线与左偏离的行进路线原理相同，方向相反。如附图4所示，设备的移动路径与第1个圆形相交于a点。若继续前行则与第1个圆形相较于a、b两点，如附图5所示，即直线ab（对应设备的移动路径）与第1个圆形相交，从而将其分割为两个弓形部分，设短圆弧ab与直线（割线）ab所围面积为S 1，长圆弧ab与直线（割线）ab所围面积为S 2，第1个圆形的面积为S α，则S 1≤S α/2。
先根据设备的移动路径分割第nx个圆形所形成的两部分的面积，计算将路径平移至经过第nx个圆形的圆心时在X轴方向的平移量l1。如图6所示，根据S 1所占S α的比例即可对应确定直线（割线）ab的平移量。直线（割线）ab平移后到达直线cd的位置，即经过第1个圆形的圆心，从而设备达到第1个圆形的圆心位置。该过程即为扩张短圆弧ab与直线（割线）ab所围面积为S 1，，使其趋向于S α/2。
平移后的直线（割线）cd与指示标记的正方向相交，并形成P°夹角（小于或等于90°）。控制设备围绕第1个圆形的圆心转过P°而纠偏，使设备的朝向与指示标记的正方向同向。
再依据第nx个圆形与第(n+1)/2个圆形之间各圆形的半径计算第nx个圆形的圆心与指示标记的中心点之间的距离l2。纠偏后设备需要向指示标记的中心点平移，如附图7所示，可知第1个圆形的圆心与第3个圆形的圆心之间的距离l2为r α+2r β+r χ。则再控制设备沿X轴移动l2的距离。上述过程中，设备总的平移量l为平移量l1和距离l2之和，即上述过程依据距离l为平移量l1和距离l2之和计算距离l后，按此距离l移动。
完成上述过程后，设备回归到当前指示标记的中心点处，即可继续向下一指示标记移动。移动至下一指示标记时，重复上述距离和角度的自主纠偏过程，从而最终完成一轮移动后可以回复到起点的位置，完成沿封闭行进路线的一轮巡视。
进一步的，当首次控制设备依据各指示标记移动时，即首轮移动巡视过程中，记录各指示标记所对应的P°夹角。当再次控制设备依据各指示标记移动时，即进行第2轮、第3轮、…移动巡视过程时，在设备移动至任一指示标记时，依据下一指示标记对应的P°夹角，控制设备进行-P°旋转，即提前进行角度纠偏，从而可以一定程度地减少后续平移纠偏的行进轨迹，如附图8所示。
上述方法通过自主识别及纠偏的行进轨迹控制系统而实现。该自主识别及纠偏的行进轨迹控制系统包括m个指示标记、识别器和控制器，如附图9所示。
指示标记具有在平行于设备移动表面的平面上建立的相垂直的X轴和Y轴，X轴和Y轴的交点为指示标记的中心点，Y轴的正方向为指示标记的正方向。各指示标记的中心的依次连线构成设备的封闭行进路线。该指示标记可以是印制图形形成的粘贴物，从而可以方便铺设。
指示标记的优选形式为：指示标记由依次编号和排布的2n+1个圆形组成，n为大于1的正整数，各圆形的圆心共线且相邻两个圆形外切，经过各圆形的圆心而建立X轴，经过第n个圆形的圆心而建立Y轴。指示标记中圆形的半径由第n个圆形向其两侧递减。
识别器和控制器均搭载在用于巡检的设备上。识别器用于识别指示标记，并将所采集的指示标记的信号传给控制器。控制器则用于控制设备依据各指示标记移动。当设备移动至任一指示标记的X轴时，识别器识别指示标记，使得控制器识别出设备与指示标记的中心点之间的距离l以及设备当前朝向与指示标记的正方向之间的P°夹角，控制器控制设备平移过距离l并转过P°，使得设备位于指示标记的中心点且设备的当前朝向与指示标记的正方向同向后，控制设备继续向下一指示标记移动。控制器的功能还包括当首次控制设备依据各指示标记移动时，控制器记录各指示标记所对应的P°夹角；当再次控制设备依据各指示标记移动时，在设备移动至任一指示标记时，依据下一指示标记对应的P°夹角，控制器控制设备进行-P°旋转。
上述方案的有益效果在于：
（1）相对于配电站室固定轨道式搭载行进方式，无需投入过多成本，行进路线可调，便于开展各种灵活的智能巡检任务；还可以适应不同的配电站室，不受配电站室空间所限，几乎“零改造”实现巡视行进轨迹的多样化，且不留死角；
（2）相对于激光扫描定位行进方式，优势在于定点定位准确。可在配电站室有限空间内，保证移动式巡视路径适当精度的前提下，本方案可大幅下降了初期投入成本，可实现“低成本”自主识别及纠偏功能“全覆盖”；
（3）相对于借助“AP”无线路由器辅助指导“无人”智能巡视作业，需要对原有配电站室进行一定的改造，成本略高，更值得关注的是无线网络的信息安全，以及断网之后处于“瘫痪”状态。本方案克服外借通信辅助行进的缺点，实现多巡视工作任务需求下，“自助”、“自愈”规划、调整新的行进轨迹，满足生产现场“多变”的智能巡视路径要求。
（4）本方案所例“指示标记”只为方便理解，可适合“实景”调整组合，并不局限于此，可灵活组态，方便于配电站室实际运行工况。而实际的封闭行进路线也可依据实际情况设置，如附图10所示。
本方案解决了以下问题：（1）如何遴选一种地面行进路径上的“识别（指示）标记”，适应现场人工巡视必经路径的实际需求；（2）从“起点”开始到达第一个“识别（指示）标记”后，怎样通过一种自主识别算法，进行自我识别并纠偏，回归于第一个“识别（指示）标记的中心位置。以此向前到达第2，3，…第n个“识别（指示）标记”并回归到“起点”；（3）第二轮从“起点”开始，如何通过第一轮的“结果”，采用已知的行进偏离角进行纠偏，促使到达第一个“识别（指示）标记中心位置的偏离缩小，再以此向前到达第2，3，…第n个“识别（指示）标记”并回归到“起点”；（4）第二轮或第三轮，…第n轮（在可能需要行进偏离角进行纠偏的预置条件下）重复以上（3）项，达到预设各“识别（指示）标记”的中心位置。
本方案所及的行进轨迹控制系统属于供配电智能运检技术领域，应用于电力企业配电站室及相关工矿企业供配电场所的智能巡视、驻点检测，克服了原有大范围传感器感应布局下辅助智能化行进或依赖有线（无线）通信调控下的智能化行进等弱点，仅依据科学有效简便的自主识别算法及2次行进轨迹纠偏，并适应多次行进轨迹纠偏，达到自主识别行进的最优轨迹，满足电力信息智能巡回采集新需求。其也可以应用于其他需要设备按既定路径自主移动的领域。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法，用于实现设备的行进轨迹控制，其特征在于：所述自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法包括以下步骤：
步骤1：在所述设备行进的表面上设置m个指示标记，所述指示标记具有在平行于所述表面的平面上建立的相垂直的X轴和Y轴，所述X轴和所述Y轴的交点为所述指示标记的中心点，所述Y轴的正方向为所述指示标记的正方向，各所述指示标记的中心点的依次连线构成所述设备的封闭行进路线；m为大于1的正整数；所述指示标记由依次编号和排布的n个圆形组成，n为正奇数，各所述圆形的圆心共线且相邻两个所述圆形外切，经过各所述圆形的圆心而建立所述X轴，经过第(n+1)/2个所述圆形的圆心而建立所述Y轴；
步骤2：控制所述设备依据各所述指示标记移动；当所述设备移动至任一所述指示标记的X轴时，识别所述设备与所述指示标记的中心点之间的距离l以及所述设备当前朝向与所述指示标记的正方向之间的P°夹角，控制所述设备平移过距离l并转过P°，使得所述设备位于所述指示标记的中心点且所述设备的当前朝向与所述指示标记的正方向同向后，控制所述设备继续向下一所述指示标记移动。
2.根据权利要求1所述的自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法，其特征在于：当首次控制所述设备依据各所述指示标记移动时，记录各所述指示标记所对应的所述P°夹角；当再次控制所述设备依据各所述指示标记移动时，在所述设备移动至任一所述指示标记时，依据下一指示标记对应的所述P°夹角，控制所述设备进行-P°旋转。
3.根据权利要求1所述的自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法，其特征在于：所述指示标记中所述圆形的半径由第(n+1)/2个所述圆形向其两侧递减。
4.根据权利要求3所述的自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法，其特征在于：当所述设备移动至任一所述指示标记时，所述设备经过第nx个所述圆形，nx取值为1，2，…，n中任一值，所述设备的移动路径将第nx个所述圆形分割为两部分，依据所述设备的移动路径所分割的所述指示标记中的圆形而确定所述设备与所述指示标记的中心点之间的距离l。
5.根据权利要求4所述的自主识别及纠偏的行进轨迹控制方法，其特征在于：先根据所述设备的移动路径分割第nx个所述圆形所形成的两部分的面积，计算将所述路径平移至经过第nx个所述圆形的圆心时在所述X轴方向的平移量l1，再依据第nx个所述圆形与第(n+1)/2个所述圆形之间各所述圆形的半径计算第nx个所述圆形的圆心与所述指示标记的中心点之间的距离l2，然后依据所述距离l为所述平移量l1和距离l2之和计算所述距离l。
6.一种自主识别及纠偏的行进轨迹控制系统，用于实现设备的行进轨迹控制，其特征在于：所述自主识别及纠偏的行进轨迹控制系统包括：
m个指示标记，m为大于1的正整数，所述指示标记具有在平行于所述设备行进的表面的平面上建立的相垂直的X轴和Y轴，所述X轴和所述Y轴的交点为所述指示标记的中心点，所述Y轴的正方向为所述指示标记的正方向，各所述指示标记的中心的依次连线构成所述设备的封闭行进路线；所述指示标记由依次编号和排布的n个圆形组成，n为正奇数，各所述圆形的圆心共线且相邻两个所述圆形外切，经过各所述圆形的圆心而建立所述X轴，经过第(n+1)/2个所述圆形的圆心而建立所述Y轴；
识别器，所述识别器搭载于所述设备上并用于识别所述指示标记；
控制器，所述控制器搭载于所述设备上并与所述识别器相连接，所述控制器用于控制所述设备依据各所述指示标记移动；当所述设备移动至任一所述指示标记的X轴时，所述识别器识别所述指示标记，使得所述控制器识别出所述设备与所述指示标记的中心点之间的距离l以及所述设备当前朝向与所述指示标记的正方向之间的P°夹角，所述控制器控制所述设备平移过距离l并转过P°，使得所述设备位于所述指示标记的中心点且所述设备的当前朝向与所述指示标记的正方向同向后，控制所述设备继续向下一所述指示标记移动。
7.根据权利要求6所述的自主识别及纠偏的行进轨迹控制系统，其特征在于：当首次控制所述设备依据各所述指示标记移动时，所述控制器记录各所述指示标记所对应的所述P°夹角；当再次控制所述设备依据各所述指示标记移动时，在所述设备移动至任一所述指示标记时，依据下一指示标记对应的所述P°夹角，所述控制器控制所述设备进行-P°旋转。
8.根据权利要求6所述的自主识别及纠偏的行进轨迹控制系统，其特征在于：所述指示标记中所述圆形的半径由第(n+1)/2个所述圆形向其两侧递减。
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