CN111538337A - 一种变电站挂轨机器人巡检路线规划方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种变电站挂轨机器人巡检路线规划方法及系统，其方法包括以下步骤：根据挂轨机器人轨道分布坐标，建立轨道模型；根据挂轨机器人巡检目标的分布坐标，建立巡检目标分布模型；挂轨机器人启动并沿轨道行驶至邻近的定位标签，读取邻近定位标签后上传至后台主机，后台主机记录当前挂轨机器人的位置信息；后台主机获取当前挂轨机器人的巡检任务，根据巡检任务及轨道模型、巡检目标分布模型规划最优巡检路线，然后将巡检任务和最优巡检路线发送至挂轨机器人中执行，并在后台主机中显示；挂轨机器人根据接收到的巡检任务和最优巡检路线沿轨道行驶移动，并根据其预设的速度控制策略行驶前往巡检目标位置。
Description
技术领域
本发明涉及电力自动化技术领域，更具体地，涉及一种变电站挂轨机器人巡检路线规划方法及系统。
背景技术
变电站继保室、高压室、GIS室等室内场所设备众多，为提高巡视工作效率和节省空间，需要使用挂轨机器人开展设备巡视业务。变电站挂轨机器人轨道包括单线型、田字型、井字型等多种结构的轨道，挂轨机器人在接收到巡检任务后，需精准到达巡检目标开展巡检工作。为此，需解决机器人巡检路线规划、行驶速度控制、测距校准、精准停靠等问题。
公开号为CN106525025B的专利公开了一种变电站巡检机器人路线规划导航方法，公开了通过图像识别技术生成变电站地图，结合变电站道路和设备图像信息规划最优巡检路径，以及通过图像识别技术实现巡检机器人的定位功能。然而，该方法采用图像识别技术进行地图生成、路线规划、定位等功能存在计算量大的问题；且当其用于生成地图及路线规划的图像存在异常时，将生成错误的巡检机器人巡检路线，影响巡检机器人的正常作业。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的机器人巡检路线规划计算量大、精度低的缺陷，提供一种变电站挂轨机器人巡检路线规划方法，以及一种变电站挂轨机器人巡检路线规划系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种变电站挂轨机器人巡检路线规划方法，包括以下步骤：
S1：根据挂轨机器人的轨道分布坐标，建立挂轨机器人的轨道模型；
S2：基于挂轨机器人的轨道模型，根据挂轨机器人巡检目标的分布坐标，建立巡检目标分布模型；
S3：挂轨机器人启动并沿轨道行驶至邻近的定位标签，挂轨机器人读取邻近定位标签后上传至后台主机，后台主机记录当前挂轨机器人的位置信息；
S4：后台主机获取当前挂轨机器人的巡检任务，根据巡检任务及轨道模型、巡检目标分布模型规划最优巡检路线，然后将巡检任务和最优巡检路线发送至挂轨机器人中执行，并在后台主机中显示；
S5：挂轨机器人根据接收到的巡检任务和最优巡检路线沿轨道行驶移动，并根据其预设的速度控制策略行驶前往巡检目标位置。
本技术方案中，后台主机建立挂轨机器人所在功能室的轨道模型，并根据功能室内目标巡检设备的位置坐标建立巡检目标分布模型，运行人员通过后台主机输入挂轨机器人的巡检任务，后台主机对输入的巡检任务进行解析，得到巡检目标；后台主机根据巡检目标在轨道模型上得到定位信息以及挂轨机器人的当前位置信息，计算生成最优巡检路线，确保巡检路线行程最短、用时最短，然后将最优巡检路线和巡检任务发送至挂轨机器人，同时在后台主机的轨道模型上显示巡检路线图；挂轨机器人接收后台主机发送的巡检任务和最优巡检路线后，根据最优巡检路线控制其运动方向及速度行驶前往巡检目标位置开展巡检工作。
优选地，S5步骤中，预设的速度控制策略包括：
(1)挂轨机器人与其巡检目标相距大于2个的定位标签的距离时，挂轨机器人将其速度调节至其预设的正常速度后匀速行驶；
(2)挂轨机器人在经过与其巡检目标距离最近的第二个定位标签时，挂轨机器人将其行驶速度调节至其预设的正常速度的1/2后匀速行驶；
(3)挂轨机器人在经过与其巡检目标距离最近的第一个定位标签时，挂轨机器人将其行驶速度调节至其预设的正常速度的1/4后匀速行驶；
(4)挂轨机器人到达其巡检目标位置时，挂轨机器人停止制动。
优选地，S5步骤中，还包括以下步骤：挂轨机器人采用码盘进行测距，并根据其预设的码盘测距校准控制策略进行测距校准：通过收集预设数量定位标签的距离与码盘测距结果进行比对，得到校准结果修正系数，完成码盘测距校准，并将校准结果修正系数应用于码盘测距计算。
优选地，挂轨机器人中还设置有码盘测距校准控制策略，包括：挂轨机器人在执行巡检任务前执行一次码盘测距校准；挂轨机器人根据其预设的校准周期进行一次码盘测距校准。
优选地，S5步骤中，还包括以下步骤：挂轨机器人在沿最优巡检路线移动过程中，通过码盘进行实时测距，并将测距结果上传至后台主机中存储，形成挂轨机器人的巡检轨迹记录。
优选地，S5步骤中，还包括以下步骤：挂轨机器人在沿最优巡检路线移动过程中，当挂轨机器人经过定位标签时，读取该定位标签的标签位置信息后上传至后台主机中，并根据其读取的定位标签位置信息，比对所述挂轨机器人的巡检轨迹记录，然后对挂轨机器人的位置信息进行修正。
优选地，S5步骤中，还包括以下步骤：挂轨机器人在沿最优巡检路线移动过程中，当挂轨机器人断电重启后，跳转执行S3步骤。
本发明还提出了一种变电站挂轨机器人巡检路线规划系统，应用于上述一种变电站挂轨机器人巡检路线规划方法，包括：
轨道，轨道根据巡检任务及巡检目标位置安装设置在变电站功能室内；
挂轨机器人，包括标签读取器、控制器、信号接收模块、信号发送模块，其中标签读取器的输出端与控制器的第一输入端连接，信号接收模块的输出端与控制器的第二输入端连接，控制器的第一输出端与信号发送模块的输入端连接；挂轨机器人与轨道连接，控制器控制挂轨机器人沿轨道移动的方向及速度；
定位标签，定位标签等间距设置在轨道上；
后台主机，运行人员通过后台主机输入挂轨机器人的巡检任务；后台主机接收挂轨机器人发送的标签信息，得到挂轨机器人的定位信息，根据其建立的轨道模型和巡检目标分布模型生成挂轨机器人的最优巡检路线，然后将巡检任务和最优巡检路线发送至挂轨机器人中执行。
优选地，定位标签包括二维码标签、磁条标签、RFID标签中的一种。
优选地，挂轨机器人还设置有码盘，用于挂轨机器人进行实时测距和测距校准。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明根据变电站功能室内轨道和巡检目标的位置设置定位标签，采用定位标签识别技术实现挂轨机器人的定位，并用于巡检路线的规划，能够有效减少挂轨机器人定位的计算量，同时保证挂轨机器人的定位精度。
附图说明
图1为实施例1的变电站挂轨机器人巡检路线规划方法的流程图。
图2为实施例2的变电站挂轨机器人巡检路线规划系统的结构示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提出一种变电站挂轨机器人巡检路线规划方法，如图1所示，为本实施例的变电站挂轨机器人巡检路线规划方法的流程图。
本实施例提出的变电站挂轨机器人巡检路线规划方法中，包括以下步骤：
S1：根据挂轨机器人的轨道分布坐标，建立挂轨机器人的轨道模型；
S2：基于挂轨机器人的轨道模型，根据挂轨机器人巡检目标的分布坐标，建立巡检目标分布模型；
S3：挂轨机器人启动并沿轨道行驶至邻近的定位标签，挂轨机器人读取邻近定位标签后上传至后台主机，后台主机记录当前挂轨机器人的位置信息；
S4：后台主机获取当前挂轨机器人的巡检任务，根据巡检任务及轨道模型、巡检目标分布模型规划最优巡检路线，然后将巡检任务和最优巡检路线发送至挂轨机器人中执行，并在后台主机中显示；
S5：挂轨机器人根据接收到的巡检任务和最优巡检路线沿轨道行驶移动，并根据其预设的速度控制策略行驶前往巡检目标位置。
在本实施例中S4步骤中，后台主机中预设有相应算法用于规划挂轨机器人的最优巡检路线，其条件为距离最短、用时最短。
在本实施例中，挂轨机器人内设置有控制器，控制器控制挂轨机器人的移动方向及移动速度；在S5步骤中，挂轨机器人通过其控制器中预设的速度控制策略调节其移动速度，其中，预设的速度控制策略具体如下：
当挂轨机器人与其巡检目标相距大于2个的定位标签的距离时，挂轨机器人将其速度调节至其预设的正常速度后匀速行驶；当挂轨机器人在经过与其巡检目标距离最近的第二个定位标签时，挂轨机器人将其行驶速度调节至其预设的正常速度的1/2后匀速行驶；当挂轨机器人在经过与其巡检目标距离最近的第一个定位标签时，挂轨机器人将其行驶速度调节至其预设的正常速度的1/4后匀速行驶；当挂轨机器人到达其巡检目标位置时，挂轨机器人停止制动。
在本实施例中，挂轨机器人上设置有码盘，挂轨机器人采用码盘进行测距，并根据其预设的码盘测距校准控制策略进行测距校准。其中，挂轨机器人预设的码盘测距校准控制策略具体如下：挂轨机器人在执行巡检任务前执行一次码盘测距校准；挂轨机器人根据其预设的校准周期进行一次码盘测距校准。
在本实施例中，挂轨机器人进行测距校准的具体步骤如下：通过收集预设数量定位标签的距离与码盘测距结果进行比对，得到校准结果修正系数，完成码盘测距校准，并将校准结果修正系数应用于码盘测距计算。
在本实施例S5步骤中，当挂轨机器人在沿最优巡检路线移动过程中，通过码盘进行实时测距，并将测距结果上传至后台主机中存储，形成挂轨机器人的巡检轨迹记录。此外，当挂轨机器人经过定位标签时，读取该定位标签的标签位置信息后上传至后台主机中，并根据其读取的定位标签位置信息，比对所述挂轨机器人的巡检轨迹记录，对挂轨机器人的位置信息进行修正，进一步确保挂轨机器人的定位精度。
在本实施例中，挂轨机器人在沿最优巡检路线移动过程中，当挂轨机器人断电重启后，跳转执行S3步骤，挂轨机器人自动沿轨道行驶至邻近的定位标签，挂轨机器人读取邻近定位标签后上传至后台主机，后台主机记录当前挂轨机器人的位置信息。此外，当挂轨机器人与后台主机断开通信连接时，挂轨机器人暂停工作，待挂轨机器人与后台主机恢复通信连接时，挂轨机器人继续执行未完成的巡检任务，避免挂轨机器人脱离最优巡检路线或进入错误轨道。
本实施例中通过建立挂轨机器人轨道模型并在轨道模型上建立巡检目标分布模型，根据巡检任务规划最优巡检路线，采用定位标签识别技术、测距校准技术实现挂轨机器人在多种结构轨道上能够以最优路线、最短距离、最短时长内精准到达巡检目标位置开展巡检工作。其中，本实施例中在对挂轨机器人定位过程中，只需要读取定位标签的标签信息即可获取挂轨机器人的定位坐标信息，有效减少挂轨机器人定位的计算量，同时保证了挂轨机器人的定位精度。
实施例2
本实施例中提出一种变电站挂轨机器人巡检路线规划系统，应用实施例1提出的变电站挂轨机器人巡检路线规划方法。如图2所示，为本实施例的变电站挂轨机器人巡检路线规划系统的结构示意图。
本实施例提出的变电站挂轨机器人巡检路线规划系统中，包括：
轨道1，轨道1根据巡检任务及巡检目标位置安装设置在变电站功能室内；
挂轨机器人2，包括标签读取器21、控制器22、信号接收模块23、信号发送模块24，其中标签读取器21的输出端与控制器22的第一输入端连接，信号接收模块23的输出端与控制器22的第二输入端连接，控制器22的第一输出端与信号发送模块24的输入端连接；挂轨机器人2与轨道1连接，控制器22根据其接收的巡检任务和最优巡检路线控制挂轨机器人2沿轨道1移动的方向及速度；
定位标签3，定位标签3等间距设置在轨道1上；
后台主机4，运行人员通过后台主机4输入挂轨机器人2的巡检任务；后台主机4接收挂轨机器人2发送的标签信息，得到挂轨机器人2的定位信息，然后根据其建立的轨道模型和巡检目标分布模型生成挂轨机器人2的最优巡检路线，然后将巡检任务和最优巡检路线发送至挂轨机器人2中执行；
码盘5，码盘5用于挂轨机器人2进行实时测距和测距校准，码盘5的输出端与控制器22的第三输入端连接。
在本实施例中，定位标签3采用二维码标签、磁条标签、RFID标签中的一种，挂轨机器人2中的标签读取器21选择使用相应的二维码读取器、磁条读取器或RFID读取器。
在具体实施过程中，后台主机4根据变电站功能室内的轨道2的分布坐标，建立挂轨机器人的轨道模型，根据变电站功能室内巡检目标在轨道模型上的定位坐标信息，在轨道模型的基础上建立巡检目标分布模型。运作人员在后台主机4上输入巡检任务，后台主机4对输入的巡检任务进行解析，得到巡检目标，并查询巡检目标在轨道模型和巡检目标分布模型的坐标信息。
后台主机4向挂轨机器人2发送初始化工作信号，挂轨机器人2启动，控制器22初始化，并控制挂轨机器人2自动沿轨道1行驶至邻近的定位标签3，挂轨机器人2通过其标签读取器21读取邻近定位标签3的标签信息后上传至后台主机4，后台主机4记录当前挂轨机器人2的位置信息，然后后台主机4根据运作人员输入的巡检任务、查询得到的巡检目标的坐标信息及当前挂轨机器人2的位置信息，应用其预设的算法规划最优巡检路线，然后将得到的最优巡检路线及巡检任务发送到挂轨机器人2中。
本实施例中的后台主机4中预设有相应算法用于规划挂轨机器人的最优巡检路线，其条件为距离最短、用时最短。
挂轨机器人2通过其信号接收模块23接收后台主机4发送的最优巡检路线及巡检任务，并发送至控制器22中进行解析，然后根据接收的最优巡检路线及巡检任务控制挂轨机器人2移动的方向和速度。
其中，在挂轨机器人2在执行巡检任务前，挂轨机器人2通过码盘5执行一次码盘测距校准，挂轨机器人2进行码盘测距校准的具体步骤如下：通过收集预设数量定位标签3的距离与码盘测距结果进行比对，得到校准结果修正系数，完成码盘测距校准，并将校准结果修正系数应用于码盘测距计算。此外，控制器22中预设有码盘校准周期，挂轨机器人2根据其预设的校准周期进行一次码盘测距校准。
在挂轨机器人2移动过程中，控制器22根据其预设的速度控制策略调节其移动速度，预设的速度控制策略具体如下：当挂轨机器人与其巡检目标相距大于2个的定位标签的距离时，挂轨机器人将其速度调节至其预设的正常速度后匀速行驶；当挂轨机器人在经过与其巡检目标距离最近的第二个定位标签时，挂轨机器人将其行驶速度调节至其预设的正常速度的1/2后匀速行驶；当挂轨机器人在经过与其巡检目标距离最近的第一个定位标签时，挂轨机器人将其行驶速度调节至其预设的正常速度的1/4后匀速行驶；当挂轨机器人到达其巡检目标位置时，挂轨机器人停止制动。
在挂轨机器人2移动过程中，挂轨机器人2采用码盘5进行实时测距，并将测距结果上传至后台主机4中存储，形成挂轨机器人的巡检轨迹记录并进行显示。此外，当挂轨机器人2经过定位标签3时，读取该定位标签3的标签位置信息后上传至后台主机4中，并根据其读取的定位标签位置信息进行挂轨机器人2的位置信息修正，进一步确保挂轨机器人2的定位精度。
在挂轨机器人2移动过程中，当挂轨机器人2断电重启后，挂轨机器人2自动沿轨道1行驶至邻近的定位标签3，挂轨机器人2读取邻近定位标签3后上传至后台主机4，后台主机4记录当前挂轨机器人的位置信息并重新生成最优巡检路线，然后重新发送至挂轨机器人2中，挂轨机器人2根据接收到的巡检任务和最优巡检路线沿轨道行驶移动。此外，当挂轨机器人2与后台主机4断开通信连接时，挂轨机器人2暂停工作，待挂轨机器人2与后台主机4恢复通信连接后，挂轨机器人2继续执行未完成的巡检任务，避免挂轨机器人2脱离最优巡检路线。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种变电站挂轨机器人巡检路线规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据挂轨机器人的轨道分布坐标，建立挂轨机器人的轨道模型；
S2：基于所述挂轨机器人的轨道模型，根据挂轨机器人巡检目标的分布坐标，建立巡检目标分布模型；
S3：挂轨机器人启动并沿轨道行驶至邻近的定位标签，挂轨机器人读取所述邻近定位标签后上传至后台主机，所述后台主机记录当前挂轨机器人的位置信息；
S4：所述后台主机获取当前挂轨机器人的巡检任务，根据巡检任务、所述轨道模型和巡检目标分布模型规划最优巡检路线，然后将所述巡检任务和所述最优巡检路线发送至挂轨机器人中执行，并在后台主机中显示；
S5：所述挂轨机器人根据接收到的所述巡检任务和所述最优巡检路线沿轨道行驶移动，并根据其预设的速度控制策略行驶前往巡检目标位置。
2.根据权利要求1所述的变电站挂轨机器人巡检路线规划方法，其特征在于：所述S5步骤中，所述预设的速度控制策略包括：
(1)所述挂轨机器人与其巡检目标相距大于2个的定位标签的距离时，所述挂轨机器人将其速度调节至其预设的正常速度后匀速行驶；
(2)所述挂轨机器人在经过与其巡检目标距离最近的第二个定位标签时，所述挂轨机器人将其行驶速度调节至其预设的正常速度的1/2后匀速行驶；
(3)所述挂轨机器人在经过与其巡检目标距离最近的第一个定位标签时，所述挂轨机器人将其行驶速度调节至其预设的正常速度的1/4后匀速行驶；
(4)所述挂轨机器人到达其巡检目标位置时，所述挂轨机器人停止制动。
3.根据权利要求1所述的变电站挂轨机器人巡检路线规划方法，其特征在于：所述S5步骤中，还包括以下步骤：所述挂轨机器人采用码盘进行测距，并根据其预设的码盘测距校准控制策略进行测距校准：通过收集预设数量定位标签的距离与码盘测距结果进行比对，得到校准结果修正系数，完成码盘测距校准，并将校准结果修正系数应用于码盘测距计算。
4.根据权利要求3所述的变电站挂轨机器人巡检路线规划方法，其特征在于：所述挂轨机器人中还设置有码盘测距校准控制策略，包括：
(1)所述挂轨机器人在执行巡检任务前执行一次码盘测距校准；
(2)所述挂轨机器人根据其预设的校准周期进行一次码盘测距校准。
5.根据权利要求3所述的变电站挂轨机器人巡检路线规划方法，其特征在于：所述S5步骤中，还包括以下步骤：所述挂轨机器人在沿所述最优巡检路线移动过程中，通过码盘进行实时测距，并将测距结果上传至后台主机中存储，形成所述挂轨机器人的巡检轨迹记录。
6.根据权利要求5所述的变电站挂轨机器人巡检路线规划方法，其特征在于：所述S5步骤中，还包括以下步骤：所述挂轨机器人在沿所述最优巡检路线移动过程中，当所述挂轨机器人经过定位标签时，读取该定位标签的标签位置信息后上传至后台主机中，并根据其读取的定位标签位置信息，比对所述挂轨机器人的巡检轨迹记录，对挂轨机器人的位置信息进行修正。
7.根据权利要求1～6任一项所述的变电站挂轨机器人巡检路线规划方法，其特征在于：所述S5步骤中，还包括以下步骤：所述挂轨机器人在沿所述最优巡检路线移动过程中，当挂轨机器人断电重启后，跳转执行S3步骤。
8.一种变电站挂轨机器人巡检路线规划系统，其特征在于，包括：
轨道，所述轨道根据巡检任务及巡检目标位置安装设置在变电站功能室内；
挂轨机器人，包括标签读取器、控制器、信号接收模块、信号发送模块，其中所述标签读取器的输出端与所述控制器的第一输入端连接，所述信号接收模块的输出端与所述控制器的第二输入端连接，所述控制器的第一输出端与所述信号发送模块的输入端连接；所述挂轨机器人与所述轨道连接，所述控制器控制所述挂轨机器人沿轨道移动的方向及速度；
定位标签，所述定位标签等间距设置在轨道上；
后台主机，运行人员通过所述后台主机输入挂轨机器人的巡检任务；所述后台主机接收所述挂轨机器人发送的标签信息，得到挂轨机器人的定位信息，根据其建立的轨道模型和巡检目标分布模型生成挂轨机器人的最优巡检路线，然后将所述巡检任务和所述最优巡检路线发送至挂轨机器人中执行。
9.根据权利要求8所述的变电站挂轨机器人巡检路线规划系统，其特征在于：所述定位标签包括二维码标签、磁条标签、RFID标签中的一种。
10.根据权利要求8所述的变电站挂轨机器人巡检路线规划系统，其特征在于：所述挂轨机器人还设置有码盘，用于挂轨机器人进行实时测距和测距校准。
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