CN112729315B

CN112729315B - 一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法及系统

Info

Publication number: CN112729315B
Application number: CN202110353130.3A
Authority: CN
Inventors: 张奎刚; 敖奇; 刘甲宾; 王福闯; 李超; 杨子赫
Original assignee: CRSC Research and Design Institute Group Co Ltd
Current assignee: CRSC Research and Design Institute Group Co Ltd
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2021-06-22
Anticipated expiration: 2041-04-01
Also published as: CN112729315A

Abstract

本发明公开了一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法及系统，所述方法包括以下步骤：对巡检区域进行预先设置、搜索关键路径点获取关键路径点坐标、计算出最近巡检点并进行排序、搜索并计算当前巡检点与关键路径点之间的距离更新第一次排序、巡检上传结果和返航；所述系统包括电子地图数据库单元、数据处理单元和路径存储单元；本发明通过构建电子地图和预设最短路径的计算方法，并将这些信息进行存储，计算得到最优巡检路径，节省了巡检机器人的电力消耗；采取边计算边存储的方式将计算的最优巡检路径进行存储，方便以后相同巡检序列时可直接搜索，减少路径计算的工作量，增加了巡检机器人的巡检效率。

Description

一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法及系统

技术领域

本发明属于巡检机器人领域，特别涉及一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法及系统。

背景技术

智能巡检技术是近年随着无人值守或少人值守的推广而逐步发展起来的，目前已广泛应用到国网变电站，越来越多的室外巡检机器人应用到变电所，代替人工对变电所区域进行自动巡检。室外巡检机器人系统是主要的巡检执行机构，既可以作为独立的巡检系统，也可以作为其他维护系统的一部分，例如辅助控制系统等。目前应用的巡检机器人普通存在可靠性不高，网络通信单一，通信异常后不能正常显示位置等问题。

物联网技术近几年新发展起来的网络技术，是指通过信息传感设备，按照约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。物联网技术具有通信传输距离远，通信稳定等优点。

针对上述问题，本发明的巡检机器人搭载基于安全架构的逻辑控制板卡，在5G无线网络基础上，搭载辅助通信的物联网模块，在网络异常后，通过返航算法，让机器人从变电所高压区域回到安全区域，并将位置实时上传给远程终端。

现有的机器人巡检没有全局路径规划能力，没有对路径进行优化，需要走一些不必要的路径，既浪费了电池能量又加长了巡检时间。如何对巡检机器人的巡检路径进行规划以降低机器人巡检时间，节省机器人电力消耗，减少路径计算的工作量，增加机器人巡检效率，是亟需解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法，所述路径规划方法包括以下步骤：

A1：对巡检机器人所要巡检的区域进行预先设置；

A2：通过电子地图数据库单元存储的电子地图和道路配置表搜索原点与巡检点之间最少的关键路径点，并调取关键路径点坐标；

A3：计算出最近巡检点，并进行第一次排序，存储第一次排序，到距离最近巡检点巡检，并上传巡检结果；

A4：搜索当前巡检点与未巡检点之间的关键路径点；计算当前巡检点与关键路径点之间的距离，计算出最近巡检点，根据比较结果更新第一次排序；

A5：到距离最近巡检点巡检，并上传巡检结果；若到达最后巡检点则记录并将最终的巡检路径存储在路径存储单元；若未到达最后巡检点执行A4；

A6：巡检结束后根据所述巡检机器人是否在主干路确定返航路径。

进一步地，

步骤A1预先设置包括以下内容：

A1.1：通过构图雷达构建变电所内电子地图；

A1.2：对电子地图内的道路进行配置生成配置表，并将配置表存储在电子地图数据库单元；

A1.3：确定原点坐标、x轴和y轴方向，并存储所述配置表中每一个标志点的坐标信息（x_n，y_n）/（x_m，y_m），n、m表示相邻的标志点编号；

A1.4：利用坐标信息分别构建路径中所述标志点坐标计算方法和巡检机器人与所述标志点之间的距离计算方法，并将计算方法存储在数据处理单元。

进一步地，

步骤A1.2中所述配置表中包括道路类型，标志点的编号以及标志点之间的距离进行编号，所述标志点包括巡检点和关键路径点。

进一步地，巡检时以巡检点为计算基点，返航时以关键路径点为计算基点。

进一步地，步骤A1.3中原点以充电屋为参照物，通过对充电屋正面测距，校正x轴方向；通过对屋体两边沿扫描，校正巡检机器人位姿角度确定y轴方向。

进一步地，步骤A1.4中所述标志点之间的距离计算方法为：

M=|（|x_n|+|y_n|）-（|x_m|+|y_m|）|

主干路上相邻标志点距离L（k）=M

小路上相邻标志点距离L（k）=（q+1）*M

坡路上相邻标志点距离L（k）=（p+1）*M

标志点与巡检机器人之间的距离L等于当前标志点和巡检机器人之间所有相邻标志点距离之和；

q为小路权值；p为坡路权值；m、n表示相邻的标志点的编号，L巡检机器人与标志点之间的距离，x_{n 、}y_n分别表示标号为n处的标志点的横坐标和纵坐标数值，x_m、y_m分别表示标号为m处的标志点的横坐标和纵坐标数值，M为相邻标志点坐标的计算值，L（k）表示相邻标志点之间的距离，k为相邻标志点之间的路径距离编号。

进一步地，

所述p=sinθ+(1-cosθ)*ɥ；

θ表示坡度，0°<θ<20°；ɥ表示摩擦系数。

进一步地，所述步骤A6中返航路径的规划分为以下情况：

①若所述巡检机器人最后一个巡检点在主干路上，根据所述距离计算方法计算出最近关键路径点，到达所述最近关键路径点后搜索所述最近关键路径点与原点之间所有关键路径点；若所述最近关键路径点与原点之间的关键路径点数量大于等于1，则计算每一个关键路径点与所述最近关键路径点之间的距离，根据距离进行排序后，控制巡检机器人到达下一个最近的关键路径点，以此循环，直至搜索到关键路径点与原点之间没有关键路径点；

②若所述巡检机器人最后一个巡检点不在主干路上，搜索距离最近的关键路径点，到达该关键路径点后，搜索所述最近关键路径点与原点之间所有关键路径点；若所述最近关键路径点与原点之间的关键路径点数量大于等于1，则计算每一个关键路径点与所述最近关键路径点之间的距离，根据距离进行排序后，控制巡检机器人到达下一个最近的关键路径点，以此循环，直至搜索到关键路径点与原点之间没有关键路径点。

进一步地，若标志点与原点或与巡检机器人之间存在多条路径，则计算每一条路径的距离，并将其中最短的路径进行存储，舍弃剩余路径。

进一步地，每一次计算出来的最短巡检路径或返航路径进行存储，如果以后巡检序列与数据库中存储的路径序列一致，则直接调取，不予计算。

本发明还提供了一种执行融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法的系统，

所述系统包括电子地图数据库单元、数据处理单元和路径存储单元；

所述电子地图数据库单元，用于存储构图雷达构建的变电所内的电子地图和道路配置表；

所述数据处理单元，用于存储路径中标志点坐标算法和巡检机器人与所述标志点之间的距离计算方法并执行计算；

所述路径存储单元，用于存储首次排序序列和所述路径筛选单元筛选出的最短巡检/返航路径。

本发明的有益效果：

本发明通过在巡检区域内构建电子地图并对电子地图内的道路进行配置，预设最短路径的计算方法，并将这些信息进行存储，计算得到最优巡检路径，节省了巡检机器人的电力消耗，完成了机器人巡检和返航路径的整体规划；

本发明通过采取边计算边存储的方式将计算的最优巡检路径进行存储，方便以后相同巡检序列时可直接搜索，减少路径计算的工作量，增加了巡检机器人的巡检效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例的巡检机器人系统连接示意图；

图2示出了本发明实施例的巡检机器人控制方法流程图；

图3示出了本发明实施例的巡检机器人上电后建立主通信的流程图；

图4示出了本发明实施例的巡检机器人上电后建立辅助通信的流程图；

图5示出了本发明实施例的巡检机器人自检流程图；

图6示出了本发明实施例的巡检机器人巡检路径流程图；

图7示出了本发明实施例的巡检机器人返航时流程图；

图8示出了本发明实施例的巡检机器人道路配置示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。

本发明公开了一种融合物联网技术的巡检机器人的控制系统

巡检机器人控制系统包括上位系统、下位系统、监控后台和充电库，所述上位系统包括主控板；所述下位系统包括安全控制板和安全控制板上连接的模块；

主控板采用嵌入式工控机，包含4路以太网接口，通过两路以太网口分别与构图雷达和交换机连接，交换机连接无线AP和双光谱一体机。

下位系统用于执行主控板的指令及向主控模块反馈信息；

监控后台用于对巡检机器人的状态信息进行监控，并向巡检机器人发送指令；包括状态查询指令、巡检指令等；查询信息包括室外温湿度、风向、风速和卷闸门控制信息等。

充电库用于巡检机器人的充电以及作为巡检机器人等待信号连接时的存放区域；并向监控后台返回充电库内部温湿度、烟感状态，空调状态、室外温湿度，风向，风速状态，实时监控视频流，充电桩状态等信息；充电库向机器人返回开关门状态，充放电状态等信息。

请参照图1，对系统中各模块进行进一步阐述

主控板通过以太网口与构图雷达和交换机实现信连通；

构图雷达用于执行巡检机器人构建电子地图，并通过电子地图实现巡检机器人的导航定位、路径规划、逻辑处理运算和接口通信功能；

交换机采用千兆网POE交换机，为无线AP（无线接入点）提供电源，以及为主控板、双光谱一体机、无线AP提供数据交互，机器人通过无线AP构建无线局域网络，作为与监控后台和充电库的主通信，主要实现机器人状态数据、图像数据的传输；双光谱一体机，包括红外可见光摄像头和测温型红外热成像，这两个摄像头固定到云台上，云台能够实现水平360°旋转，-45°-+70°俯仰。云台安装在升降杆上，对不同高度位置的仪表可以通过调节升降高度，获取仪表的平视高清照片，提高图像识别的准确性。

主控板的另外两个以太网口连接安全控制板，安全控制板采用安全架构的PCB板卡，包含2路CAN接口，16路IO接口，4路RS485接口，2路以太网接口，内部采用2取2 CPU架构，1路CPU主要负责采集各个传感器信息；另一路CPU负责驱动。

第一物联网模块和第二物联网模块均接入安全控制板的RS485接口，作为辅助通信，主要实现巡检机器人与监控后台和充电库的心跳连接以及位置通信。

温湿度采集模块和供电电源模块接入剩下的两个RS485接口，温湿度采集模块主要采集机器人内部温湿度信息。

供电电源模块包括电池和BMS电源管理单元，BMS电源管理单元对电池单芯和整机进行实时监控，出现过流、过压、欠压、过温、低温等报警，并根据严重等级切断电池输出，保障供电安全性。

运动模块和升降模块通过CAN接口与安全控制板连接，运动模块驱动电机、驱动器和编码器，主要实现巡检机器人差速运动。

升降模块包括升降电机、驱动器和编码器，主要实现双光谱一体机的升降功能。

风扇、状态指示灯、避障模块和防跌落模块通过IO接口与安全控制板连接；

风扇用于调节机器人内部温度；

状态指示灯用不同颜色的灯显示巡检机器人工作状态，状态指示灯采用多色LED灯；

避障模块包括越障雷达和避障超声波，可以根据配置，对设定的故障形状进行越障和避障；

防跌落模块主要功能是防止巡检机器人地面凹陷处摔到以及高处掉落功能。

请参照图2，一种融合物联网技术的巡检机器人的控制方法主要包括以下步骤：

S1：机器人上电，建立巡检机器人通信，在主通信无异常的情况下通过无线局域网络，作为巡检机器人与监控后台和充电库的通信信号，主通信异常则通过物联网通信作为巡检机器人与监控后台和充电库的辅助通信信号；

S2：巡检机器人自检，巡检机器人自检包括主控板自检和安全控制板自检，通过主控板和安全控制板之间的信号传输状态确认巡检机器人自检状态，自检正常进入步骤S3，自检异常进一步判断是安全控制板异常还是主控板异常；

S3：巡检机器人接收监控后台指令确认是否进行巡检，若未接收到巡检指令；则进一步判断接收的指令是否是查询帧，如果是查询帧，巡检机器人进行状态查询，设置每一次查询时间间隔T，并向监控后台发送状态信息；如果不是查询帧，则是配置帧，巡检机器人根据要求进行相关的配置，配置帧包括电量阈值、电量报警阈值、通信超时阈值、通信中断阈值、避障阈值、防跌落阈值和机器人舱体温湿度阈值；

S4：若接收到巡检指令，巡检机器人执行出库；

S5：出库完成后，巡检机器人进行路径规划并根据规划后的路径到达巡检点进行巡检；

S6：判断所述巡检机器人是否完成巡检，若完成执行步骤S7，若未完成返回步骤S5；

S7：巡检完成，巡检机器人进行返航路线的规划并按照返航路线返航；

S8：巡检机器人完成入库后，关键部件断电，巡检结束。

巡检机器人和监控后台以及充电库之间的通信由主通信和辅助通信共同构成。主通信通过无线AP构建无线网络，作为与监控后台和充电库的主通信，主要实现巡检机器人状态数据、图像数据的传输；辅助通信由第一物联网模块和第二物联网模块接入安全控制板的RS485接口来实现，主要实现巡检机器人与监控后台和充电库的心跳连接以及位置通信。

步骤S1中建立主通信指的是通过无线网络建立巡检机器人与监控后台和充电库之间的通信，并设置主通信接收时间阈值T1；

步骤S1中建立辅助通信指的是通过物联网建立巡检机器人与监控后台和充电库之间的通信，并设置辅助通信接收时间阈值T2；且满足T1<T2。

在主通信正常通信的情况下，巡检机器人通过主通信完成整个巡检过程；此时辅助通信与监控后台进行独立的通信，在安全控制板自检完成后，辅助通信等待监控后台发送的心跳帧；

在主通信出现异常且连接时间超过T1时，辅助通信接收监控后台心跳帧并反馈此时巡检机器人位置信息，巡检机器人根据返航路径返回至充电库，通过辅助通信与充电库通信并打开卷闸门，巡检机器人完成入库，等待所述主通信连接。

请参照图3和图4，对本发明实施例中主通信处理流程和辅助通信流程进一步说明。

S11：巡检机器人上电后通过无线网络通信接收监控后台连接帧，包括帧头，帧序号，设备ID，指令字节长度，指令类型，数据域，CRC校验位和帧尾；

S12：判断巡检机器人是否成功接收连接帧，若接收成功进入步骤S13，若接收失败执行步骤S121；

S13：巡检机器人返回连接状态信息，并接收监控后台配置帧，配置帧包括电量阈值、电量报警阈值、通信超时阈值、通信中断阈值、避障阈值、防跌落阈值和机器人舱体温湿度阈值；

S14：判断巡检机器人是否成功接收配置帧，若接收成功进入步骤S15，若接收失败进入步骤S121；

S15：巡检机器人返回配置信息和自检信息，并接收监控后台状态查询信息；

S16：判断巡检机器人是否成功接收查询信息，若接收成功进入步骤S17，若接收失败进入步骤S121；

S17：返回巡检机器人状态信息，并接收监控后台巡检指令；

S18：判断巡检机器人是否接收成功巡检指令，若接收成功进入步骤S19，若接受失败则进入步骤S121；

S19：巡检机器人执行巡检并返回巡检结果。

若步骤S12中信号接收失败，则进一步判断接收是否超时；

S121：判断巡检机器人接收连接帧时间是否超时，若超时进入步骤S122，若未超时返回步骤S11；

S122：巡检机器人通过物联网向监控后台发送主通信异常信息；

S123：监控后台判断主通信是否中断，若中断进入步骤S124，若未中断返回步骤S11；

S124：巡检机器人亮起红灯显示异常，并规划返航路径返航；

S125：巡检机器人回到原点，通过物联网通信打开充电库；

S126：巡检机器人入库，等待主通信连接；

S127：判断主通信连接是否恢复，若主通信连接恢复，进入步骤S128，若主通信未恢复，等待主通信连接；

S128：巡检机器人重新出库，重新规划巡检路线继续未完成的巡检，并返回巡检结果。

物联网通信作为辅助通信模块，图4是本发明实施例辅助通信处理流程。

巡检机器人上电通过物联网接收监控后台心跳帧；

判断巡检机器人是否成功接收心跳帧，若成功接收则向监控后台返回位置信息，若接收失败，判断连接是否超时，若连接超时报警后重启物联网模块；若连接未超时继续通过物联网接收监控后台心跳帧。

若主通信出现异常，在巡检机器人返航至自动入库期间，无论主通信是否恢复，巡检机器人不响应监控后台指令。

步骤S2中，巡检机器人自检包括主控板自检和安全控制板自检，再通过主控板和安全控制板之间的信号传输状态确认巡检机器人自检状态。

主控板自检和安全控制板自检结束后，通过主控板是否接收到反馈帧、安全控制板是否接收到连接帧、主控板接收到反馈帧的时间是否超时和安全控制板接收到连接帧的时间是否超时来判断主控板和安全控制板的连接状态；

安全控制板是否接收到查询帧、主控板是否接收到安全控制板反馈的查询帧、安全控制板接收到查询帧是否超时和所述主控板接收到反馈的查询帧的时间是否超时和查询的具体信息来进一步判断连接在安全控制板和主控板上的设备的连接状态。

请参照图5，对本发明实施例中巡检机器人自检进一步说明。

S21a：巡检机器人上电，主控板自检；

S22a：判断主控板自检结果是否正常，若自检正常进入步骤S23a，反之通过5Gwifi网络上传异常情况到监控后台；

S23a：主控板向安全控制板发送连接帧；

S24a：判断主控板是否接收反馈帧，若接收到反馈帧进入步骤S25a，若未接收到反馈帧，判断接收是否超时，若未超时返回步骤S23a，若超时通过5G wifi网络上传异常情况到监控后台；

S25a：主控板向安全控制板、双光谱一体机发送状态查询帧；

S26a：判断主控板是否接收到安全控制板反馈的状态查询帧，若接收到状态查询帧，进入步骤S27a，若未接收到状态查询帧，则进一步判断接收是否超时，若未超时返回S25a，若超时通过5G wifi网络上传异常情况到监控后台；

S27a：判断安全控制板和双光谱一体机是否无异常，若无异常进入S28a，若出现异常通过5G wifi网络上传异常情况到监控后台；

S28a：巡检机器人系统自检成功并将自检成功的信息通过5G wifi网络上传到监控后台。

安全控制板自检流程：

S21b：巡检机器人上电，安全控制板自检；

S22b：判断安全控制板自检是否正常，若是自检正常，进入步骤S23b，若自检异常，安全控制板直接宕机；

S23b：等待主控板连接帧；

S24b：判断安全控制板是否接收到连接帧，若接收到连接帧，进入步骤S25b，若未接收到连接帧，进一步判断接收是否超时，若未超时返回步骤S23b，若超时通过物联网上传异常情况到监控后台；

S25b：安全控制板向主控板返回反馈帧；

S26b：查询安全控制板状态信息，接收构图雷达、避障模块和防跌落模块的数据信息；

S27b：等待主控板查询帧；

S28b：判断安全控制板是否接收到查询帧，若接收到查询帧进入步骤S29b，若未接收到查询帧，进一步判断接收是否超时，若未超时返回步骤S27b，若超时通过物联网上传异常情况到监控后台；

S29b：发送自检信息至主控板。

通过安全控制板发送的自检信息和主控板自检信息进一步确认巡检机器人自检结果。

本发明还公开了一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法及系统

请参照图6，步骤S4中巡检机器人路径规划的方法包括以下步骤：

A1：对巡检机器人所要巡检的区域进行预先设置；

A1.1：通过构图雷达构建变电所内电子地图；

A1.4：利用坐标信息分别构建路径中所述标志点坐标计算方法和巡检机器人与所述标志点之间的距离计算方法，并将计算方法存储在数据处理单元；相邻标志点（即相邻巡检点或相邻关键路径点或巡检点和相邻关键路径点）之间的坐标计算方法为M=|（|x_n|+|y_n|）-（|x_m|+|y_m|）|；

主干路上相邻点距离L（k）=M

小路上相邻点距离L（k）=（q+1）*M

坡路上相邻点距离L（k）=（p+1）*M

巡检点或关键路径点与巡检机器人之间的距离L等于当前巡检点和巡检机器人之间所有相邻标志点距离之和。

q为小路权值；p为坡路权值；m、n表示相邻的标志点的编号，L巡检机器人与标志点之间的距离，x_n、y_n分别表示标号为n处的标志点的横坐标和纵坐标数值，x_m、y_m分别表示标号为m处的标志点的横坐标和纵坐标数值，M为相邻标志点坐标的计算值，L（k）表示相邻标志点之间的距离，k为相邻标志点之间的路径距离编号。

p=sinθ+(1-cosθ)*ɥ，q为经验值，可根据实际经验得到，一般取值0.5；

θ表示坡度，0°<θ<20°；ɥ表示摩擦系数。

A2：通过电子地图数据库单元存储的电子地图和道路配置表搜索原点与巡检点之间最少关键路径点，并调取关键路径点坐标；

A3：根据A1.4中计算方法计算出最近巡检点，并进行第一次排序，存储第一次排序，控制巡检机器人到距离最近巡检点巡检，并上传巡检结果；

A5：控制巡检机器人到距离最近巡检点巡检，并上传巡检结果；若到达最后巡检点则记录并将最终的巡检路径存储在路径存储单元，执行下面步骤A6；若未到达最后巡检点执行步骤A4；

巡检机器人路径规划系统包括电子地图数据库单元、数据处理单元和路径存储单元；

电子地图数据库单元，用于存储构图雷达构建的变电所内的电子地图和道路配置表；

数据处理单元，用于存储路径中所述标志点坐标算法和巡检机器人与所标志点之间的距离计算方法并执行计算；

路径存储单元，用于存储首次排序序列和路径筛选单元筛选出的最短巡检/返航路径。

巡检机器人到达巡检点后，执行拍摄或者测温动作，并直接通过网络将巡检结果上传至监控后台，监控后台进行图像识别以及数据处理。

配置表中包括道路的类型标记，巡检点和关键路径点的标记和编号，以及相邻巡检点或相邻关键路径点或关键路径点和巡检点之间的距离进行编号；道路类型包括主干路、小路、坡路。

原点以充电库为参照物，通过对充电库正面测距，校正x轴方向；通过对屋体两边沿扫描，校正机器人位姿角度确定y轴方向，这样保证了机器人每次出发位置基本一致。

请参照图7，所述步骤A6中返航路径的规划路径分为以下情况：

①若巡检机器人最后一个巡检点在主干路上，根据距离计算方法计算出最近关键路径点，到达最近关键路径点后搜索所述最近关键路径点与原点之间所有关键路径点；若最近关键路径点与原点之间的关键路径点数量大于等于1，则计算每一个关键路径点与最近关键路径点之间的距离，根据距离进行排序后，控制巡检机器人到达下一个最近的关键路径点，以此循环，直至搜索到关键路径点与原点之间没有关键路径点；

②若巡检机器人最后一个巡检点不在主干路上，搜索距离最近的关键路径点，到达该关键路径点后，搜索最近关键路径点与原点之间所有关键路径点；若最近关键路径点与原点之间的关键路径点数量大于等于1，则计算每一个关键路径点与所述最近关键路径点之间的距离，根据距离进行排序后，控制巡检机器人到达下一个最近的关键路径点，以此循环，直至搜索到关键路径点与原点之间没有关键路径点。

关键路径点设置在两个路径交叉的地方，返航时，为了防止巡检机器人重复走或者绕远路，以关键路径点为计算点，也就是巡检机器人返航时只走计算的关键路径点而不是巡检点，通过关键路径点能快速的找到零点位置。

以图8的配置图为例对计算方法进行阐述，巡检点为2，5，7，8。

图中：

0点：原点，巡检起点和终点

圆点（即图示圆圈）：巡检点

方点（即图示方框）：关键路径点

黑线：主干路

断线：小路

带斜杠线：坡路

巡检机器人巡检时，

1）计算距离起始点0点与巡检点2，5，7，8距离；

通过图上路径搜索最少关键路径点，并调取数据库中关键路径点的坐标。

0与巡检点2之间存在：关键路径点1；

0与巡检点5之间存在：关键路径点1，3，4；

0与巡检点7之间存在：关键路径点1，3，4，6或者1，11，10，9

0与巡检点8之间存在：关键路径点1，3，4，6或者1，11，10，9

根据查询的坐标通过标志点坐标计算方法计算出坐标值，再计算出原点和巡检点之间的距离：

0与巡检点2之间距离L = L（1）+L（2）；

0与巡检点5之间距离L= L（1）+L（2）+L（3）+L（4）+1.5×L（5）；

0与巡检点7之间距离

L=L（1）+L（2）+L（3）+L（4）+1.8×L（6）+L（7）/L=L（1）+L（12）+L（11）+1.8×L（10）+L（9）+L（8）

0与巡检点8之间距离

L=L（1）+L（2）+L（3）+L（4）+1.8×L（6）+L（7）+L（8） /L=L（1）+L（12）+L（11）+1.8×L（10）+L（9）

2）计算得到最近的巡检点为2；

3）到巡检点2后，计算巡检点2 与巡检点5，7，8距离，并重复上面的计算过程；

4）计算得到最近的巡检点为5；

5）依次类推，全部巡检点计算完毕后，最短巡检顺序为2->5->7->8。

6）将该路径存储到数据库，并作为下次巡检路径。

巡检机器人返航时，先确认巡检机器人当前所处位置是否在关键路径点，再进一步计算机器人在巡检点8回到0点的返航路径，8属于巡检点；

1）计算巡检点8距离最近关键路径点为9；

2）计算距离9最近关键路径点为10；

3）计算距离10最近关键路径点为12；

4）计算距离12最近关键路径点为10，出现该情况时，计算排除关键路径点12，重新计算距离10最近关键路径点为11；

5）依次类推，全部关键路径点计算完毕，最短返航顺序为：8->9->10->11->1->0;

6）将该路径存储到数据库，并作为下次返航路径。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法，其特征在于，所述路径规划方法包括以下步骤：

A1：对巡检机器人所要巡检的区域进行预先设置；所述预先设置包括以下内容：

A1.1：通过构图雷达构建变电所内电子地图；

A1.2：对所述电子地图内的道路进行配置生成配置表，并将所述配置表存储在所述电子地图数据库单元；

A1.3：确定原点坐标、x轴和y轴方向，并存储所述配置表中每一个标志点的坐标信息（x_n，y_n）、（x_m，y_m），n、m表示相邻的标志点编号；

A1.4：利用所述坐标信息分别构建路径中所述标志点坐标计算方法和所述巡检机器人与标志点之间的距离计算方法，并将所述计算方法存储在数据处理单元；其中，所述标志点之间的距离计算方法为：M=|（|x_n|+|y_n|）-（|x_m|+|y_m|）| ，主干路上相邻标志点距离L（k）=M，小路上相邻标志点距离L（k）=（q+1）*M，坡路上相邻标志点距离L（k）=（p+1）*M，所述标志点与巡检机器人之间的距离L等于当前标志点和巡检机器人之间所有相邻标志点距离之和；其中，q为小路权值；p为坡路权值，p=sinθ+(1-cosθ)*ɥ，θ表示坡度，0°<θ<20°，ɥ表示摩擦系数；m、n表示相邻的标志点的编号，L为巡检机器人与标志点之间的距离，x_n、y_n分别表示标号为n处的标志点的横坐标和纵坐标数值，x_m、y_m分别表示标号为m处的标志点的横坐标和纵坐标数值，M为相邻标志点坐标的计算值，L（k）表示相邻标志点之间的距离，k为相邻标志点之间的路径距离编号；

A2：通过电子地图数据库单元存储的电子地图和配置表搜索原点与巡检点之间最少的关键路径点，并调取关键路径点坐标；

A3：计算出最近巡检点，并进行第一次排序，存储所述第一次排序的结果，控制所述巡检机器人到距离最近巡检点巡检，并上传巡检结果；

A4：搜索当前巡检点与未巡检点之间的关键路径点；计算当前巡检点与所述关键路径点之间的距离，计算出最近巡检点，根据比较结果更新第一次排序；

A5：控制所述巡检机器人到距离最近巡检点巡检，并上传巡检结果；若到达最后巡检点则记录并将最终的巡检路径存储在路径存储单元，执行下面步骤A6，若未到达所述最后巡检点执行步骤A4；

2.根据权利要求1所述的一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法，其特征在于，

所述A1.2中，配置表中包括配置道路类型、标志点的编号和标志点之间的距离的编号，所述标志点包括巡检点和关键路径点。

3.根据权利要求1所述的一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法，其特征在于，

所述巡检机器人巡检时以巡检点为计算基点，返航时以关键路径点为计算基点。

4.根据权利要求1所述的一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法，其特征在于，

所述A1.3中，原点以充电屋为参照物，通过对所述充电屋正面测距，校正x轴方向；通过对屋体两边沿扫描，校正巡检机器人位姿角度确定y轴方向。

5.根据权利要求1所述的一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法，其特征在于，

步骤A6中返航路径的规划分为以下情况：

①若所述巡检机器人最后一个巡检点在主干路上，根据所述距离计算方法计算出最近关键路径点，到达所述最近关键路径点后搜索所述最近关键路径点与原点之间所有关键路径点；若所述最近关键路径点与原点之间的关键路径点数量大于等于1，则计算每一个关键路径点与所述最近关键路径点之间的距离，根据距离进行排序后，控制所述巡检机器人到达下一个最近关键路径点，以此循环，直至搜索到关键路径点与原点之间没有关键路径点；

②若所述巡检机器人最后一个巡检点不在主干路上，搜索距离最近关键路径点，到达该关键路径点后，搜索所述最近关键路径点与原点之间所有关键路径点；若所述最近关键路径点与原点之间的关键路径点数量大于等于1，则计算每一个关键路径点与所述最近关键路径点之间的距离，根据距离进行排序后，控制所述巡检机器人到达下一个最近关键路径点，以此循环，直至搜索到关键路径点与原点之间没有关键路径点。

6.根据权利要求1所述的一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法，其特征在于，

若标志点与原点或与巡检机器人之间存在多条路径，则计算每一条路径的距离，并将其中最短的路径进行存储，舍弃剩余路径。

7.根据权利要求1所述的一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法，其特征在于，

对每一次计算出来的最短的巡检路径或返航路径进行存储，如果以后巡检序列与数据库中存储的路径序列一致，则直接调取，不予计算。

8.执行如权利要求1-7任一项所述的一种融合物联网技术的巡检机器人的路径规划方法的系统，其特征在于，

所述系统包括电子地图数据库单元、数据处理单元和路径存储单元，

其中，

所述电子地图数据库单元，用于存储构图雷达构建的变电所内的电子地图和配置表；

所述数据处理单元，用于存储路径中标志点坐标计算方法和巡检机器人与所述标志点之间的距离计算方法并执行计算；所述路径存储单元，用于存储首次排序序列和路径筛选单元筛选出的最短巡检/返航路径。