[发明专利]基于拓扑点分类的巡检机器人全局路径规划方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于拓扑点分类的巡检机器人全局路径规划方法及系统，考虑到变电站内机器人巡检路径均为直线路径，设备区外机器人停靠点较少，而设备区内机器人停靠点则均在同一直线路径上，基于这一特性而设计的全局路径规划方法，可有效降低路径规划计算和存储消耗，满足机器人根据特殊巡检任务在线规划机器人行驶路径的需求；通过停靠点的拓扑点据所属路径进行分类合并，建立对应拓扑点的有向图数据结构，之后在路径规划时则仅将机器人当前位置与目标位置拓扑点插入该有向图数据结构，可显著降低参与计算的拓扑点数量，提高了路径规划的计算效率并降低对存储空间的消耗。

技术领域

本发明涉及一种基于拓扑点分类的巡检机器人全局路径规划方法及系统。

背景技术

变电站巡检机器人是一种全自主运行的地面移动机器人，其可携带可见光摄像机、红外热像仪、拾音器等传感器对电力设备进行自动巡检，有效降低人工巡检的劳动强度，保障站内设备安全运行。

在变电站常规巡检过程中，巡检机器人需要沿巡检任务规定路线在站内运行，并在一系列预先设定的停靠点处进行停靠以完成对电力设备的检测，但在变电站顺控或其它突发情况发生时，机器人需执行特殊巡检任务，此时需要规划机器人运行路线以得到机器人当前位置与目标位置间的最短路径，保证机器人迅速到达站内指定位置进行检测。

专利201110216379.6公布了一种基于磁导航变电站巡检机器人的全局路径规划方法，该方法通过对机器人运行路线上的停靠点及路径交叉点抽象为有向图数据结构的节点，之后利用Floyd(弗洛伊德)路径搜索算法计算环境模型拓扑地图中各节点间的最短路径，实现了机器人在站内顺控操作执行特殊巡检任务时沿最短路径运行，但该方法实际使用过程中还面临以下问题：

(1)该方法计算所有节点间任意两点的最短路径并存储，由于所用算法需要三重循环实现，这样算法运行时间与参与计算路径点数量的3次方成正比，而变电站内机器人停靠点一般数量较大，从而使参与计算的拓扑点也较多，导致该方法最短路径搜索效率不高，同时计算得到的最短路径的所需存储量也较大；

(2)变电站某些突发情况发生时，可能需要机器人迅速到达站内临时设定的停靠点执行检测任务，鉴于(1)所述原因，该方法只能采用离线方式计算节点间的最短路径，一旦计算并存储完成，每一个新节点的加入都必须对所有节点重新计算和存储，之后才能输出针对新加入节点的最短路径，因此难以实现对机器人巡检路径的在线规划。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于拓扑点分类的巡检机器人全局路径规划方法及系统，本方法可有效降低路径规划计算和存储消耗，满足机器人根据特殊巡检任务在线规划机器人行驶路径的需求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于拓扑点分类的巡检机器人全局路径规划方法，包括以下步骤：

(1)在机器人运行路线上建立拓扑点；

(2)对所有拓扑点按路径分类，得到不同的拓扑点集合，并将每个集合中包含的所有拓扑点合并形成一个合并点；

(3)基于上述系建立以每条路径起点、终点和合并点为节点的有向图数据结构，确定拓扑点之间的弧长；

(4)当需要进行最短路径规划时，依据巡检任务给定的机器人当前位置和目标点位置，并寻找有向图中对应的拓扑点，并判断两个拓扑点所属集合；

(5)如果机器人当前位置和目标点位置所对应拓扑点属于同一拓扑点集，则表示机器人当前位置和目标点属于同一路径，此时无需执行复杂的路径规划算法，直接判定这两点的相对位置关系，并输出至巡检机器人执行；否则，执行步骤(6)；

(6)根据步骤(4)确定机器人当前位置和目标点距各自所属路径起点与终点间距离，更新该路径上合并点与路径起点和终点之间弧的权值；