[发明专利]基于磁导航的变电站巡检机器人全局路径规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人路径规划方法，具体是一种基于磁导航的变电站巡检机器人全局路径规划方法。

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。变电站巡检机器人可以取代运行人员自动完成变电站日常设备巡视、红外测温、操作前后设备状态检查等工作，从而切实提高设备巡视的工作效率和质量，降低劳动强度和工作风险，提升变电站智能化水平，为变电站无人值守提供支撑。变电站巡检机器人已经成为变电站设备巡检的重要辅助手段。

变电站巡检机器人运动控制的关键技术是导航与路径规划。在变电站室外强电磁环境中，磁导航(路面磁轨迹结合RFID标签定位)是一种常规但相对较为可靠的导航定位方式。中国知识产权局公布的重庆市电力公司超高压局两个专利CN101984382A《利用机器人进行变电站设备智能巡检的方法》和CN102082466A《变电站设备智能巡检机器人系统》中都涉及用磁导航和RFID实现导航和定位作用，但两个专利存在的问题在于RFID只埋在磁条的一边，机器人巡视时只能沿一条闭合磁轨迹单向巡视，不支持双向行走；造成的后果是如果对特定设备进行巡视时，机器人没有对路径进行优化，需要走一些不必要的路径，既浪费了机器人电池能量，又加长了机器人到位检测的时间，检测效率不高。

随着智能化变电站发展的需求，机器人需要自动配合遥控或顺控操作，进行被控设备的位置校核。变电站巡检机器人路径规划时会存在以下问题：

1、机器人如何获得变电站磁导航路径中某个停靠点到另一个停靠点之间的最短连通路径；(所谓停靠点是指机器人巡检时遇见RFID，机器人停止运行并进行对设备检测的点，下同)

2、机器人配合顺控操作对变电站变压器三相进行检测，需要在变压器不同的停靠点处进行停靠检测，因此停靠点是一个节点序列。这时机器人从某一个节点开始，如何遍历节点序列中的每一个点，使得总路径长度最短，并且重复节点的次数最小；

3、考虑路程、时间、安全性和机动性等综合指标，如何做好巡检机器人路径的最优规划；

发明内容

本发明的目的在于解决变电站巡检机器人存在的上述技术问题，提供一种基于磁导航的变电站巡检机器人全局路径规划方法。采用本发明的变电站巡检机器人行驶路线短，机器人到位检测的时间快，节省了电池能量，同时能有效节省变电站设备操作后移动机器人设备校验的时间。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于磁导航的变电站巡检机器人全局路径规划方法，它的步骤为：

第一步，变电站环境建模；形成拓扑网状图和连通关系矩阵；变电站环境建模是指用拓扑法对变电站环境进行建模，将供行走的道路连接起来形成拓扑网状图和连通关系矩阵；其中交叉路口设置多个RFID，并简化合并为图中的一个节点，道路就是图中的一条边，道路的长度即为边的长度，也是连通关系矩阵中边的权值；

第二步，路径搜索；

利用Floyd弗洛伊德算法确定搜索路径矩阵，即最短路径矩阵，并通过迭代优化，提高运算速度；

第三步，路径遍历；

通过对节点和边的遍历，计算始发点到目标点序列的最短连通路径；

第四步，行驶路线确定；

将最短连通路径转换到以RFID序列标示的行驶路线；在每个路口RFID，根据路径连通性，计算出机器人的转动角度。

所述第二步路径搜索包括以下步骤：

2-1)给距离矩阵赋初值

对一个有n个顶点的图G，每个顶点用自然数编号，分别为1，2...n；把图G的连通关系矩阵，即图G的带权邻接矩阵W，作为距离矩阵的初值，即其中n为大于等于2的正整数，i，j均为大于等于1且小于等于n的正整数；D⁽⁰⁾为赋初值后的距离矩阵，为顶点i和顶点j之间的距离初值。

2-2)利用Floyd弗洛伊德算法确定路径最短的距离矩阵；

第1步，构造其中是从v_i到v_j的只允许以v₁作为中间点的路径中最短路长度，其中i，j相邻时否则min{A，B}是从A、B两个元素中取最小值，A、B均为正实数，下同；∞表示值为无穷大。

第2步，构造其中是从v_i到v_j的只允许以v₁，v₂作为中间点的路径中最短路的长度，