CN117733819A - 一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能机器人领域，尤其涉及一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法及装置。为了克服现有技术中机器人灵活性差且获取的数据不准确的缺点，本发明提供了一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法及装置。本发明通过设置了机器人机械臂上的多杆联动，能够根据机器人的动作和倾斜角度自动调整信息采集模块的角度，使得采集到的图像信息更加稳定，同时设置了双滤波对机器人采集到的图像进行降噪处理，使得机器人采集到的图像数据经过处理后精度更高，为电厂的巡检提供了精准稳定的图像来源。
Description
技术领域
本发明涉及智能机器人领域，尤其涉及一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法及装置。
背景技术
随着社会发展，电厂规模越来越大，对电厂的稳定性要求也越来越高，电厂的巡检和维护也变得日益繁重，随着机器人的普及，越来越多的工作被机器人所代替，电厂也不例外，然而现有技术中的机器人在电厂巡检工作中采集的图像数据并不稳定，机器人在运行过程中受路面不平的影响导致颠簸，获取到的图像也随着颠簸的影响产生模糊，导致图像画面受损，同时电厂内部信号干扰强，图像中的噪声多，也不能很好的对图像数据进行处理。
因此亟需研发一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法及装置，来克服现有技术中的缺点。
发明内容
本发明为了克服现有技术中机器人灵活性差且获取的数据不准确的缺点，提供一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法及装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法：
为一台或多台机器人规划路线，在机器人行进途中为机器人提供路线规划和避障支持，同时在机器人运行时控制机器人的数据采集设备的角度和距离；
机器人获取到数据后进行处理，首先对机器人获取到的数据进行降噪处理，然后对数据进行分析，包括通过图像处理、温度判断、音波识别和数据计算，计算机器人在电厂获取到的巡检数据，对机器人从电厂内部获取到的数据进行分析，并在获取到异常数据时发出警报。
优选的，为机器人规划路线由以下步骤实现：
S1.设置初始解为一个随机生成的路径，将该路径添加到解集中；
S2.计算当前解的总距离，对于每个点位，计算从起点到该点位，再从该点位到终点的距离，并将这些距离相加；
S3.通过不断更新和优化路径来接近最优解，在每一步中，根据当前解和已知的最优解，生成一组候选解，然后从中选择一个最优候选解作为下一步的路径；
S4.将新生成的路径与已知的最优解进行比较，如果新路径更短，则用新路径替换已知的最优解，并将其添加到解集中；
S5.当连续迭代中路径长度变化小于用户设定的阈值或超出时间时，停止计算；
S6.输出最终找到的机器人最短路线和所需行进的总距离。
优选的，机器人具体的避障依靠向量势直方图进行，具体步骤如下：
S1.构建并维护机器人周围环境的局部栅格地图，依据机器人采集到的信息修改栅格地图，有障碍物的栅格被占值加1；
S2.为每个栅格计算障碍物向量，距离机器人越近，栅格上的值越大，计算完毕后，将栅格地图转换为极坐标下的障碍物概率直方图；
S3.根据直方图，识别所有可以使机器人通过的路线，对每条路线计算成本，选择最低成本通道，得到避开障碍物的路线；
具体成本计算公式为：；
其中G为通过成本，x、y、z为常数，可以进行权重调节，tar为路径与目标之间的对齐量，ori为新方向和当前机器人方向的差异量，dir为原来选择方向和新方向之间的差异量，机器人选择通过成本G值最小的路线来避开障碍物。
优选的，机器人在获取到数据后对数据进行处理，首先对机器人获取到的图像数据进行滤波操作，然后完成对所有数据的具体检测，包括以下方面：
用红外测温仪测量带电部位的运行温度；
采集图像分析线路及开关柜、元器件的损坏程度；
对电厂设备运行时的声音及震动进行监测；
获取电测仪表指示值，对数据进行分析，判断电厂运行情况。
优选的，对机器人获取到的图像数据进行滤波操作通过双边滤波算法实现。
优选的，机器人获取到的数据进行温度判断，具体为将滤波后的热成像图像进行灰度判断，步骤如下:
S1.将滤波完成后的原始图像进行二值化处理，获取图像中每个像素点的灰度值；
S2.遍历图像中各个像素点的灰度值，同时设置安全阈值，当图像中有像素的灰度值超出阈值则进行标记；
S3.查看超出安全阈值的像素对应图像，发送机器人当前位置和对应图像并发出警报信息。
优选的，机器人根据获取到的图像数据利用图像梯度检测分析线路及开关柜、元器件的损坏程度，具体公式如下：；
其中（i,j）为图像中的像素坐标，I为原始图像，dy为梯度图像，通过原始图像两个相邻像素的差值，获取具体梯度图像，通过判断梯度图像的连续性来判断线路及开关柜、元器件的损坏程度。
优选的，机器人依据获取到的音频数据，对电厂设备运行时的声音及震动进行监测，监测设备运行时的声音，判断设备运行时声音的频率和振幅，对设备运行时的声音和震动使用不同的标准进行判断，当振幅或频率在用户设定的单位时间内连续超过安全阈值时，由机器人发出安全警报信息。
优选的，机器人对获取到的电厂运行数据进行处理，通过利用机器人获取到的电厂设备的运行参数，对参数进行分析，判断电厂的运行情况，具体步骤为：
S1.根据电厂数据检测条件筛选出需要的数据；
S2.将筛选出的数据从多种格式转换为一种机器人计算所需格式，以便进行后续分析；
S3.对于缺失的数据，采用平均值填充，以保持数据的完整性和一致性；
S4.对数据进行遍历，分析数据中的异常值，判断能否解析，若不能解析，则异常值为格式错误，再次进行步骤S2的格式转换，若异常值能够解析，则为电厂数据异常，同时进行报告；
S5.将各项数据减去平均值，计算减去平均值后的数据与标准差的离散值，获取到各项数据的偏离信息，依据偏离信息获取到数据的差值，可以用以下公式来表示：；
其中，x是机器人获取到的原始数据，μ是机器人获取到的各项数据的均值，σ是机器人获取到的数据的标准差，Z为机器人获取到的原始数据转变后的离散数据，判断离散值的大小，若离散值大于用户设定的阈值则由机器人发出安全提示。
一种用于电厂的智能巡检机器人装置，包括机械臂、信息采集模块、移动装置、机器人主体，该机器人装置用于执行所述的一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法。
本发明的有益效果：
本发明通过设置了机器人机械臂上的多杆联动，能够根据机器人的动作和倾斜角度自动调整信息采集模块的角度，使得采集到的图像信息更加稳定，为电厂的巡检提供了稳定的图像来源。
本发明通过设置了双滤波对机器人采集到的图像进行降噪处理，使得机器人采集到的图像数据经过处理后精度更高，对电厂的巡检提供了精准的图像信息。
附图说明
图1为本发明的机器人运行方法流程示意图；
图2为本发明的机器人装置整体示意图；
图3为本发明的机器人机械臂示意图。
附图中的标记为：100、机械臂；200、信息采集模块；300、移动装置；400、机器人主体；101、机械臂底座；102、第一转动轴；103、第二转动轴；104联动件；105、连动杆；106、第三转动轴；107、第四转动轴；108、第五转动轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明提供了这样一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法，如图1所示，具体运行方式如下：
为一台或多台机器人规划路线，控制机器人沿着指定路线对电厂进行巡检，在机器人行进途中为机器人提供路线规划和避障支持，当机器人抵达任务地点后开始图像采集，在机器人运行时控制机器人的数据采集设备角度和距离，保障机器人的数据采集工作平稳运行，获取稳定数据；
机器人获取到数据后进行处理，首先对机器人获取到的图像数据进行降噪处理，利用双滤波核对图像进行滤波，然后对整体数据进行分析，包括通过图像处理、温度判断、音波识别和数据计算，计算机器人在电厂获取到的巡检数据，对机器人从电厂内部获取到的数据进行分析，并在获取到异常数据时发出警报；
当系统发布电厂巡检任务时，选择机器人执行该任务，首先对该机器人执行路线规划操作，为机器人预先设定好路线，具体步骤如下：
S1.设置初始解，初始解为一个随机生成的路径，并将该路径添加到解集中；
S2.计算当前解的总距离，对于每个点位，计算从起点到该点位，再从该点位到终点的距离，并将这些距离相加；
S3.通过不断更新和优化路径来接近最优解，在每一步中，根据当前解和已知的最优解，生成一组候选解，然后从中选择一个最优候选解作为下一步的路径；
S4.将新生成的路径与已知的最优解进行比较，如果新路径更短，则用新路径替换已知的最优解，并将其添加到解集中；
S5.当连续迭代中路径长度变化小于用户设定的阈值或超出时间时，停止计算，通过时间和阈值双重控制来结束路径规划，避免长时间运算使得计算机负载扩大，导致任务卡顿；
S6.输出最终找到的机器人最短路线和所需行进的总距离。
机器人沿着规划好的路线运行，在运行过程中机器人具体的避障依靠向量势直方图进行，具体步骤如下：
S1.构建并维护机器人周围环境的局部栅格地图，依据机器人图像采集装置采集到的信息修改栅格地图，有障碍物的栅格被占值加1；
S2.为每个栅格计算障碍物向量，距离机器人越近，栅格上的值越大，计算完毕后将栅格地图转换为极坐标下的障碍物概率直方图；
S3.根据直方图，识别所有可以使机器人通过的路线，对每条路线计算成本，选择最低成本通道，得到避开障碍物的路线；
具体成本计算公式为：
；
其中G为通过成本，x、y、z为常数，可以进行权重调节，tar为路径与目标之间的对齐量，ori为新方向和当前机器人方向的差异量，dir为原来选择方向和新方向之间的差异量，机器人选择通过成本G值最小的路线来避开障碍物，避免因出现障碍物导致机器人行进受阻，减少机器人在对电厂巡检过程中出现的意外情况。
参考附图2和附图3，当机器人主体400通过移动装置300抵达任务地点后开始图像采集，移动装置300采用履带式移动轮，在机器人主体400运行时控制机器人主体400的数据采集设备角度和距离，机器人主体400根据运行状态对机械臂100进行调整，机器人主体400根据信息采集模块200的左右偏转程度来控制第五转动轴108的旋转，第五转动轴108旋转带动信息采集模块200进行调整，保证信息采集模块200拍摄画面始终处于水平状态，机器人主体400根据前后偏转程度来控制联动件104，由第二转动轴103的运动带动联动件104移动，联动件104带动连动杆105移动，且连动杆105通过第三转动轴106使机械臂100上下移动，使信息采集模块200在巡检过程中能够上下移动，保证拍摄画面的全面性；机器人主体400通过第四转动轴107转动调整信息采集模块200的左右转向角度，以保证最大角度拍摄电厂的画面；同时机器人主体400根据信息采集模块200的左右转向角度,并通过机械臂底座101中心轴的旋转以带动第一转动轴102旋转，从而使机械臂100能够360°旋转，机械臂100的调整能够使信息采集模块200与要拍摄的画面之间的间距进行小幅度变化，以此来提高画面的清晰度，保障机器人的数据采集工作平稳运行，获取稳定数据。
机器人进行数据采集，包括有图像数据、热成像图像、设备运行声波和震动波和设备运行的参数等数据，机器人在获取到数据后对数据进行处理，首先对机器人获取到的图像数据进行滤波操作，然后完成对所有数据的具体检测，包括以下方面：
用红外测温仪测量电缆头、开关接触头、变压器线头、母线、电缆、电机、变压器外壳等带电部位的运行温度；
采集图像分析线路及开关柜、元器件的损坏程度；
对电厂设备运行时的声音及震动进行监测；
查看电测仪表指示值判断运行参数，查看记录检查运行情况。
机器人采集到数据后首先对图像数据依靠双边滤波算法进行滤波操作，采用双滤波核对图像数据进行滤波，通过以下方式实现：
定义窗口大小和滤波参数，窗口是一个正方形，以像素点p(x,y)为中心，大小为2r+1，其中r为窗口半径，该窗口用于获取p(x,y)周围的像素点，其中r的值由用户自行设定大小，r的大小决定滤波后的图像精度信息；
滤波参数为用户预设值σ，决定滤波器在空间域和值域的平滑程度；
对于窗口中的每个像素点q(x',y')，计算其在空间域和值域的相似度权重w(x',y',x,y)：
空间域相似度权重w_s(x',y',x,y)使用高斯函数进行计算：
；
其中，σ_s是空间域标准差；
值域相似度权重w_r(x',y',x,y)使用另一个高斯函数进行计算：
；
其中，f(x',y')和f(x,y)分别是窗口中像素点q(x',y')和p(x,y)的像素值，σ_r是值域标准差；
计算加权平均值：
；
其中，g(x,y)表示滤波后的输出像素值，通过双滤波核进行滤波不仅可以消除图像中的噪声干扰同时还可以保留图像的精度。
机器人获取到的数据进行灰度判断，具体为将滤波后的热成像图像进行灰度判断，步骤如下:
S1.将滤波完成后的原始图像进行二值化处理，获取图像中每个像素点的灰度值；
S2.遍历图像中各个像素点的灰度值，同时设置安全阈值，当图像中有像素的灰度值超出阈值则进行标记；
S3.查看超出安全阈值的像素对应图像，发送机器人当前位置和对应图像并发出警报信息。
机器人根据获取到的图像数据利用图像梯度检测分析线路及开关柜、元器件的损坏程度，具体公式如下：
；
其中(i,j)为图像中的像素坐标，I为原始图像，dy为梯度图像，通过原始图像两个相邻像素的差值，获取具体梯度图像，通过判断梯度图像的连续性来判断线路及开关柜、元器件的损坏程度。
机器人依据获取到的音频数据，对电厂设备运行时的声音及震动进行监测，监测设备运行时的声音，判断设备运行时声音的频率和振幅，对设备运行时的声音和震动使用不同的标准进行判断，当振幅或频率在用户设定的单位时间内连续超过安全阈值时，由机器人发出安全警报信息。
机器人对获取到的电池运行数据进行处理，通过利用机器人获取到的电厂设备的运行参数，对参数进行分析，判断电厂的运行情况，具体步骤为：
S1.根据电厂数据检测条件筛选出需要的数据；
S2.将筛选出的数据从多种格式转换为一种机器人计算所需格式，以便进行后续分析；
S3.对于缺失的数据，采用平均值填充，以保持数据的完整性和一致性；
S4.对数据进行遍历，分析数据中的异常值，判断能否解析，若不能解析则异常值为格式错误，再次进行步骤S2的格式转换，若异常值能够解析则为电厂数据异常，同时进行报告；
S5.将各项数据减去平均值，计算减去平均值后的数据与标准差的离散值，获取到各项数据的偏离信息，依据偏离信息获取到数据的差值，可以用以下公式来表示：；
其中，x是机器人获取到的原始数据，μ是机器人获取到的各项数据的均值，σ是机器人获取到的数据的标准差，Z为机器人获取到的原始数据转变后的离散数据，判断离散值的大小，若离散值大于用户设定的阈值则由机器人发出安全提示。
通过以上四种方式来完成对电厂的巡检，若其中一项检测出故障因素即可发出安全警报，告知用户尽快对故障位置进行处理，保障整个电厂能够稳定运行。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法，其特征在于：
为一台或多台机器人规划路线，在机器人行进途中为机器人提供路线规划和避障支持，同时在机器人运行时控制机器人的数据采集设备的角度和距离；
机器人获取到数据后进行处理，首先对机器人获取到的数据进行降噪处理，然后对数据进行分析，包括通过图像处理、温度判断、音波识别和数据计算，计算机器人在电厂获取到的巡检数据，对机器人从电厂内部获取到的数据进行分析，并在获取到异常数据时发出警报。
2.根据权利要求1所述的一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法，其特征在于，为机器人规划路线由以下步骤实现：
S1.设置初始解为一个随机生成的路径，将该路径添加到解集中；
S2.计算当前解的总距离，对于每个点位，计算从起点到该点位，再从该点位到终点的距离，并将这些距离相加；
S3.通过不断更新和优化路径来接近最优解，在每一步中，根据当前解和已知的最优解，生成一组候选解，然后从中选择一个最优候选解作为下一步的路径；
S4.将新生成的路径与已知的最优解进行比较，如果新路径更短，则用新路径替换已知的最优解，并将其添加到解集中；
S5.当连续迭代中路径长度变化小于用户设定的阈值或超出时间时，停止计算；
S6.输出最终找到的机器人最短路线和所需行进的总距离。
3.根据权利要求1所述的一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法，其特征在于，机器人具体的避障依靠向量势直方图进行，具体步骤如下：
S1.构建并维护机器人周围环境的局部栅格地图，依据机器人采集到的信息修改栅格地图，有障碍物的栅格被占值加1；
S2.为每个栅格计算障碍物向量，距离机器人越近，栅格上的值越大，计算完毕后，将栅格地图转换为极坐标下的障碍物概率直方图；
S3.根据直方图，识别所有可以使机器人通过的路线，对每条路线计算成本，选择最低成本通道，得到避开障碍物的路线；
具体成本计算公式为：；
其中G为通过成本，x、y、z为常数，可以进行权重调节，tar为路径与目标之间的对齐量，ori为新方向和当前机器人方向的差异量，dir为原来选择方向和新方向之间的差异量，机器人选择通过成本G值最小的路线来避开障碍物。
4.根据权利要求1所述的一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法，其特征在于，机器人在获取到数据后对数据进行处理，首先对机器人获取到的图像数据进行滤波操作，然后完成对所有数据的具体检测，包括以下方面：
用红外测温仪测量带电部位的运行温度；
采集图像分析线路及开关柜、元器件的损坏程度；
对电厂设备运行时的声音及震动进行监测；
获取电测仪表指示值，对数据进行分析，判断电厂运行情况。
5.根据权利要求4所述的一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法，其特征在于，对机器人获取到的图像数据进行滤波操作通过双边滤波算法实现。
6.根据权利要求4所述的一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法，其特征在于，机器人获取到的数据进行温度判断，具体为将滤波后的热成像图像进行灰度判断，步骤如下:
S1.将滤波完成后的原始图像进行二值化处理，获取图像中每个像素点的灰度值；
S2.遍历图像中各个像素点的灰度值，同时设置安全阈值，当图像中有像素的灰度值超出阈值则进行标记；
S3.查看超出安全阈值的像素对应图像，发送机器人当前位置和对应图像并发出警报信息。
7.根据权利要求4所述的一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法，其特征在于，机器人根据获取到的图像数据利用图像梯度检测分析线路及开关柜、元器件的损坏程度，具体公式如下：；
其中（i,j）为图像中的像素坐标，I为原始图像，dy为梯度图像，通过原始图像两个相邻像素的差值，获取具体梯度图像，通过判断梯度图像的连续性来判断线路及开关柜、元器件的损坏程度。
8.根据权利要求4所述的一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法，其特征在于，机器人依据获取到的音频数据，对电厂设备运行时的声音及震动进行监测，监测设备运行时的声音，判断设备运行时声音的频率和振幅，对设备运行时的声音和震动使用不同的标准进行判断，当振幅或频率在用户设定的单位时间内连续超过安全阈值时，由机器人发出安全警报信息。
9.根据权利要求4所述的一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法，其特征在于，机器人对获取到的电厂运行数据进行处理，通过利用机器人获取到的电厂设备的运行参数，对参数进行分析，判断电厂的运行情况，具体步骤为：
S1.根据电厂数据检测条件筛选出需要的数据；
S2.将筛选出的数据从多种格式转换为一种机器人计算所需格式，以便进行后续分析；
S3.对于缺失的数据，采用平均值填充，以保持数据的完整性和一致性；
S4.对数据进行遍历，分析数据中的异常值，判断能否解析，若不能解析，则异常值为格式错误，再次进行步骤S2的格式转换，若异常值能够解析，则为电厂数据异常，同时进行报告；
S5.将各项数据减去平均值，计算减去平均值后的数据与标准差的离散值，获取到各项数据的偏离信息，依据偏离信息获取到数据的差值，可以用以下公式来表示：；
其中，x是机器人获取到的原始数据，μ是机器人获取到的各项数据的均值，σ是机器人获取到的数据的标准差，Z为机器人获取到的原始数据转变后的离散数据，判断离散值的大小，若离散值大于用户设定的阈值则由机器人发出安全提示。
10.一种用于电厂的智能巡检机器人装置，其特征在于，包括机械臂（100）、信息采集模块（200）、移动装置（300）、机器人主体（400），该机器人装置用于执行权利要求1-9任一所述的一种用于电厂的智能巡检机器人运行方法。
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