[发明专利]一种基于激光轨道的变电站巡检机器人导航方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统，具体涉及一种基于激光轨道的变电站巡检机器人导航方法。

背景技术

目前电力系统变电站已基本实现了无人值守，国内一般都采用地面行进机器人进行巡检，获取变电设备可见光图像和红外热像数据并进行状态监测、分析的应用报道。机器人能够一定程度地解决设备自动巡检问题，但大多数变电站巡检机器人的巡检轨道一般多采用铺设磁轨的方式，铺设磁轨施工麻烦并且需要定期对轨道进行维护，成本较高，路径灵活性差，同时磁轨迹导航方式不能实时反馈当前机器人在变电站内所处的精确位置，不利于操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种实施简单、稳定性好、成本较低、精度较高的基于激光轨道的变电站巡检机器人导航方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于激光轨道的变电站巡检机器人导航方法，步骤包括：

1)预先为巡检机器人设计巡检轨迹，所述巡检轨迹由多条直线轨迹和用于连接相邻直线轨迹的弯道轨迹组成，确定直线轨迹上巡检位置的偏移量，在直线轨迹的巡检方向结束端延长线上布置用于激光测距的目标挡板，在巡检机器人上布置激光测距仪；

2)当巡检机器人沿直线轨迹行进时，以巡检机器人的水平偏转角度作为闭环反馈量分别控制巡检机器人的左右两侧的驱动机构沿着直线轨迹行进，且通过激光测距仪及目标挡板检测巡检机器人在直线轨迹上的偏移量，如果该偏移量对应有巡检位置，则巡检机器人停下来对变电站设备进行监控，且在监控完毕后继续沿着直线轨迹行进；当沿着直线轨迹行进的偏移量为该直线轨迹的长度时，跳转执行步骤3)；

3)确定当前的直线轨迹沿巡检方向的弯道轨迹，以巡检机器人的水平偏转角度作为闭环反馈量分别控制巡检机器人的左右两侧的驱动机构沿着弯道轨迹行进，且在巡检机器人通过激光测距仪及目标挡板检测到巡检机器人进入新的直线轨迹上时，跳转执行步骤2)。

优选地，所述步骤1)中还包括在直线轨迹的巡检方向起始端两侧各布置一个激光接收器、结束端延长线两侧各布置一个激光发射器，直线轨迹同一侧的激光接收器和激光发射器形成一对激光对射报警器；所述步骤2)当巡检机器人沿直线轨迹行进时，如果直线轨迹某一侧的激光接收器信号被巡检机器人阻挡，则增大巡检机器人该侧驱动机构的速度、减少巡检机器人另一侧驱动机构的速度，使得巡检机器人保持在直线轨迹内行进。

优选地，所述步骤1)中以巡检机器人的水平偏转角度作为闭环反馈量分别控制巡检机器人的左右两侧的驱动机构沿着直线轨迹行进时，具体是指以巡检机器人的水平偏转角度作为闭环反馈量采用PID算法计算得到控制量，然后控制巡检机器人的左侧的驱动机构行进速度增加控制量、且控制巡检机器人的右侧的驱动机构行进速度减少控制量。

优选地，所述PID算法的函数表达式如式(1)所示；

式(1)中，u_k为PID算法在第k步输出的控制量，k_p为比例调节系数，k_i为积分调节系数，k_d为微分调节系数，e_i为巡检机器人在第i步的水平偏转角度，e_k为巡检机器人在第k步的水平偏转角度，e_k-1为巡检机器人在第k-1步的水平偏转角度。

优选地，所述步骤3)中以巡检机器人的水平偏转角度作为闭环反馈量分别控制巡检机器人的左右两侧的驱动机构沿着弯道轨迹行进时，具体是指以巡检机器人的水平偏转角度计算弯道轨迹的控制量，然后控制巡检机器人左右两侧的驱动机构中位于弯道轨迹外侧的驱动机构行进速度增加控制量、且控制巡检机器人左右两侧的驱动机构中位于弯道轨迹内侧的驱动机构行进速度减少控制量。

优选地，所述计算弯道轨迹的控制量的函数表达式如式(2)所示；

V＝(R-r)α/2 (2)

式(2)中，V为弯道轨迹的速度增加量，R为弯道轨迹的外侧半径，r为弯道轨迹的内侧半径，α为巡检机器人的水平偏转角度。