基于机器人的变电站室内保护屏柜智能巡检方法及其系统与流程

1.本技术涉及电网巡检技术领域，尤其涉及一种基于机器人的变电站室内保护屏柜智能巡检方法及其系统。


背景技术：

2.室内电网设备一般均是以一整个房间集中放置的方式出现的，在这种密封的空间中，对于温度的检测需要进行及时定期的巡检，而如果采用人为巡检的方式，首先工作量巨大，每一个柜体甚至需要检测多个区域的温度，其次数据记录易出现错误，对于异常数据并不如自动巡检自动监测的方式灵敏。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本技术实施例提供一种基于机器人的变电站室内保护屏柜智能巡检方法及其系统。
4.本技术实施例第一方面提供了一种基于机器人的变电站室内保护屏柜智能巡检方法，可包括：
5.基于巡检机器人的通信硬件，与巡检机器人构建通讯，实现数据交互以及远程控制；
6.获取巡检机器人上的循迹工控主板的数据以及循迹传感器的数据内容，对循迹路线进行捕捉并进行处理，获取位置信息；
7.获取机器人激光导航系统的扫描数据并构建环境地图；
8.基于导航算法以及所述环境地图，获取路径规划方案，并反馈至机器人。
9.进一步地，所述获取巡检机器人上的循迹工控主板的数据以及循迹传感器的数据内容，对循迹路线进行捕捉并进行处理，获取位置信息包括：
10.获取循迹传感器在前端所获取的电信号数据；
11.基于所述电信号数据转化为图像数据；
12.利用图像数据以及巡检机器人的行走路径构建有效循迹路线，形成目标路径；所述目标路径中包含当前机器人巡检区域中的所有巡检目标设备。
13.进一步地，所述获取机器人激光导航系统的扫描数据并构建环境地图包括：
14.基于机器人激光雷达获取循迹过程中的雷达数据；
15.结合所述雷达数据和目标路径构建出三维数据模型；所述三维数据模型包括路径过程中的周边设备距离，拐角数据，路径宽度。
16.进一步地，所述基于导航算法以及所述环境地图，获取路径规划方案，并反馈至机器人包括：
17.获取所需要巡检的目标设备群；
18.基于所述目标设备群，在环境地图中标注后利用导航算法构建巡检路径；
19.输出巡检路径至机器人的控制芯片中。
20.本技术实施例第二方面提供了一种基于机器人的变电站室内保护屏柜智能巡检系统，可包括：
21.控制模块，用于与巡检机器人构建通讯，实现数据交互以及远程控制；
22.地理信息定位模块，通过控制模块获取巡检机器人上的循迹工控主板的数据以及循迹传感器的数据内容，对循迹路线进行捕捉并进行处理，获取位置信息；
23.导航模块，获取机器人激光导航系统的扫描数据并构建环境地图；
24.执行运动模块，获取地理信息定位模块以及导航模块的数据内容，并基于上述数据内容获取当前任务下所需要执行的轨迹内容。
25.进一步地，所述巡检机器人包括：
26.水平面移动机构和垂直面升降机构；
27.视觉传感器以及红外传感器，用于作为循环模块的视觉数据采集的硬件；
28.激光雷达，用于作为导航模块的数据采集装置。
29.进一步地，所述地理信息定位模块包括：
30.电信号获取单元，通过循迹传感器获取电信号数据；
31.第一数据处理单元，将所述电信号获取单元的数据依据循迹传感器的原理转换成图像数据；
32.巡检设备标注单元，基于第一数据处理单元处理后的图像数据以及巡检机器人的行走路径构建有效循迹路线，形成目标路径；所述目标路径中包含当前机器人巡检区域中的所有巡检目标设备。
33.进一步地，所述导航模块包括：
34.导航数据获取单元，用于基于机器人激光雷达获取循迹过程中的雷达数据；
35.第二数据处理单元，基于雷达数据和目标路径构建出三维数据模型；其中，三维数据模型包括路径过程中的周边设备距离，拐角数据，路径宽度。
36.进一步地，所述巡检目标设备内设置有唯一的二维码；所述地理信息定位模块在循迹过程中获取每一个设备的二维码图像；所述二维码图像包含对应设备的升降高度数据。
37.进一步地，所述执行运动模块包括：
38.巡检目标设定单元，用于获取所需要巡检的目标设备群；
39.路径规划单元，基于巡检目标设定单元的设备内容，将目标设备的平面位置以及路径在环境地图中利用导航算法构建巡检路径，并结合每一个目标设备的升降高度数据形成当前任务下的巡检三维路径数据；
40.执行单元，将所述巡检三维路径数据输出至巡检路径至巡检机器人的控制芯片中，由巡检机器人执行。
41.在本技术实施例中，控制模块作为整个机器人系统的控制中枢，主要通过设计的电路pcb和处理器完成对上位机数据的收发和处理，通过nrf遥控器实现手动遥控，控制机器人全向移动和升降台的升降；地理信息定位模块完成对循迹路线的捕捉和处理，并发送位置信息给控制系统完成对路径的跟踪循迹；激光导航模块包括导航主机、激光雷达，通过激光雷达对环境实时扫描，建立环境地图完成slam导航算法，对机器人路径进行规划和导航；执行运动模块主要包括全向运动系统和升降系统，通过can总线方式，完成对6路电机的
实时控制并收集相应的反馈数据；上述四个模块协同控制，实现对整个巡检机器人的远程运动控制，达到高精度的自动化巡检方案。
附图说明
42.为了更清楚地说明本技术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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
43.图1是本技术实施例提供的基于机器人的变电站室内保护屏柜智能巡检方法的框图；
44.图2是巡检机器人的运动示意图；
45.图3是巡检机器人导航定位的示意图；
46.图4是本技术实施例提供的一种基于机器人的变电站室内保护屏柜智能巡检系统的示意框图；
47.图5是本技术实施例提供的一种巡检装置的结构示意图。
具体实施方式
48.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
49.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
50.还应当理解，在此本技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本技术。如在本技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
51.还应当进一步理解，在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
52.如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0053]
本技术实施例第一方面提供了一种基于机器人的变电站室内保护屏柜智能巡检方法，可包括：
[0054]
s101)基于巡检机器人的通信硬件，与巡检机器人构建通讯，实现数据交互以及远程控制。
[0055]
可以理解的是，总机与巡检机器人之间的通信可以通过有线或者无线的方式。
[0056]
s102)获取巡检机器人上的循迹工控主板的数据以及循迹传感器的数据内容，对
循迹路线进行捕捉并进行处理，获取位置信息。
[0057]
可以理解的是，循迹传感器在前端获取电信号数据，考虑到循迹传感器的原理，在每一个巡检目标设备的适当位置贴上合适的黑线来实现循迹传感器的检测。基于所获得的电信号数据转化为图像数据，获取到巡检目标设备在室内的位置。
[0058]
利用图像数据以及巡检机器人的行走路径构建有效循迹路线，形成目标路径，这里的目标路径中包含当前机器人巡检区域中的所有巡检目标设备，作为一个最完整的巡检路径，主要是标注出来所有巡检目标设备的拓扑关系，以便于后面根据实际所需要巡检的目标设备进行路径规划。
[0059]
s103)获取机器人激光导航系统的扫描数据并构建环境地图。
[0060]
可以理解的是，基于机器人激光雷达获取循迹过程中的雷达数据，结合雷达数据和目标路径构建出三维数据模型。三维数据模型包括路径过程中的周边设备距离，拐角数据，路径宽度。在这里通过雷达数据，实时的循迹过程的速度，转角等等控制数据，能够实现对巡检目标设备整体的二维建模，包括室内的相对位置，室内的行程距离等等。
[0061]
s104)基于导航算法以及所述环境地图，获取路径规划方案，并反馈至机器人。
[0062]
可以理解的是，考虑到每一次所需要巡检的目标设备群不一定是完全一样的，因此每次都要对巡检目标设备进行设定，如果某段时间内的任务是一致的，那么可以直接对该任务设定周期，从而实现全自动巡检的目的。
[0063]
每一次形成新的基于目标设备群，在环境地图中标注后利用导航算法构建巡检路径，输出巡检路径至机器人的控制芯片中。
[0064]
本技术实施例还提供一种基于机器人的变电站室内保护屏柜智能巡检系统，该系统用于执行前述任一项上述识别方法。如图2所示，本实施例的装置包括：控制模块310、地理信息定位模块320、导航模块330和执行运动模块340。
[0065]
控制模块310用于与巡检机器人构建通讯，实现数据交互以及远程控制，作为整个机器人系统的控制中枢，主要通过设计的电路pcb和处理器完成对上位机数据的收发和处理，通过nrf遥控器实现手动遥控，控制机器人全向移动和升降台的升降。
[0066]
地理信息定位模块320通过控制模块获取巡检机器人上的循迹工控主板的数据以及循迹传感器的数据内容，对循迹路线进行捕捉并进行处理，获取位置信息，包括循迹工控主板、循迹传感器，完成对循迹路线的捕捉和处理，并发送位置信息给控制系统完成对路径的跟踪循迹。
[0067]
导航模块330获取机器人激光导航系统的扫描数据并构建环境地图，包括导航主机、激光雷达，通过激光雷达对环境实时扫描，建立环境地图完成slam导航算法，对机器人路径进行规划和导航。
[0068]
执行运动模块340获取地理信息定位模块以及导航模块的数据内容，并基于上述数据内容获取当前任务下所需要执行的轨迹内容，包括全向运动系统和升降系统，通过can总线方式，完成对6路电机的实时控制并收集相应的反馈数据。
[0069]
本系统中巡检机器人包括水平面移动机构和垂直面升降机构组成的双滑轨结构，视觉传感器以及红外传感器以及激光雷达。
[0070]
地理信息定位模块320中包括：
[0071]
电信号获取单元321通过循迹传感器获取电信号数据。
[0072]
第一数据处理单元322将电信号数据依据循迹传感器的原理转换成图像数据。
[0073]
巡检设备标注单元323，基于第一数据处理单元处理后的图像数据以及巡检机器人的行走路径构建有效循迹路线，形成目标路径；所述目标路径中包含当前机器人巡检区域中的所有巡检目标设备。
[0074]
此外，为了进一步地提高整个地理信息定位模块320的定位效率，机器人巡视区域内构建一个无线基站(类似于雷达基站)，事先通过3d扫描仪构建变电站保护小室内的3d模型。在整个巡检机器人运动过程中，采用机器人上的激光雷达与基站实时信息交互，获取机器人在3d地图的位置，实现机器人高精度的定位。同时，对于机器人在运动过程中也可以将实时的场景信息反馈中总控中心，对3d模型的内容进行修正，提高后面再运行的精度。
[0075]
在整个机器人的巡检过程中通过与基站的实时位置交互，实现路径择优规划、根据3d地图进行避障，自动形成变电站室内机器人智能巡视的最优方法。
[0076]
导航模块330包括：
[0077]
导航数据获取单元331，用于基于机器人激光雷达获取循迹过程中的雷达数据；
[0078]
第二数据处理单元332，基于雷达数据和目标路径构建出三维数据模型；其中，三维数据模型包括路径过程中的周边设备距离，拐角数据，路径宽度。
[0079]
巡检目标设备内设置有唯一的二维码，地理信息定位模块在循迹过程中利用视觉传感器获取每一个设备的二维码图像，二维码图像包含对应设备的升降高度数据以及设备信息。在结合地理信息定位模块320以及导航模块330的数据过程中，将二维码图像所对应的设备的信息也一并构建至模型中，实现三维图像数据的构建，第三维数据是对应的设备信息维度。
[0080]
执行运动模块340包括：
[0081]
巡检目标设定单元341，用于获取所需要巡检的目标设备群，这里一般情况下都是采用手动输入的模式实现目标设备群
[0082]
路径规划单元342，基于巡检目标设定单元的设备内容，将目标设备的平面位置以及路径在环境地图中利用导航算法构建巡检路径，并结合每一个目标设备的升降高度数据形成当前任务下的巡检三维路径数据；
[0083]
执行单元343，将所述巡检三维路径数据输出至巡检路径至巡检机器人的控制芯片中，由巡检机器人执行。
[0084]
作为一个具体的实施例，本系统中巡检机器人采用mecanum轮巡检机器人，由于工作要求的特殊性，需要实现机器人在工作场所的位置确定，以及实现对不同高度的压板和指示灯的识别。室内环境容易出现拥堵和狭小空间，采用mecanum轮可以实现机器人任意位置和方向运动，极大的提高了机器人运动性能，使机器人和设备布置更加灵活。
[0085]
由于巡视目标存在于不同设备的不同高度，范围从300mm-2000mm，也有的对于同一设备需要对不同的高度进行检测，巡检机器人携带的视觉以及红外传感器需要达到相应的位置高度，机器人采用双滑轨提升平台，实现了巡检机器人在高度的精确控制，可以准确确定传感器需要到达的位置，确保巡视工作的正常完成。
[0086]
机器人采用四轮对称分布，机器人移动平台大小控制在500x500mm范围内，每轮负载为40kg，直径为127mm，满足较高负载和稳定性要求。巡检机器人通过搭建固定支架并采用双滑轨式的升降结构，可以携带相应的视觉和热成像等传感器达到相应的位置，保障机
only memory，eprom)、或便携式只读存储器(compact disc read至only memory，cd至rom)，该存储器用于相关指令及数据。
[0096]
输入装置用于输入数据和/或信号，以及输出装置用于输出数据和/或信号。输出装置和输入装置可以是独立的器件，也可以是一个整体的器件。
[0097]
处理器可以包括是一个或多个处理器，例如包括一个或多个中央处理器(central processing unit，cpu)，在处理器是一个cpu的情况下，该cpu可以是单核cpu，也可以是多核cpu。处理器还可以包括一个或多个专用处理器，专用处理器可以包括gpu、fpga等，用于进行加速处理。
[0098]
存储器用于存储网络设备的程序代码和数据。
[0099]
处理器用于调用该存储器中的程序代码和数据，执行上述方法实施例中的步骤。具体可参见方法实施例中的描述，在此不再赘述。
[0100]
可以理解的是，图5仅仅示出了巡检设备的简化设计。在实际应用中，动作识别装置还可以分别包含必要的其他元件，包含但不限于任意数量的输入/输出装置、处理器、控制器、存储器等，而所有可以实现本技术实施例的动作识别装置都在本技术的保护范围之内。
[0101]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0102]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，该单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所显示或讨论的相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0103]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0104]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行该计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例的流程或功能。该计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。该计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过该计算机可读存储介质进行传输。该计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，dsl))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。该计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。该可用介质可以是只读存储器(read至only memory，rom)，或随机存储存储器(random access memory，ram)，或磁性介质，例如，软盘、硬盘、磁带、磁碟、或光介质，例如，数字通用光盘(digital versatile disc，dvd)、或者半导体介质，例如，固态硬盘(solid state disk，ssd)等。
[0105]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的
具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。