一种基于激光轨道的变电站巡检机器人导航方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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】
[0003] 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。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0005] -种基于激光轨道的变电站巡检机器人导航方法，步骤包括：
[0006] 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；
[0007] 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);
[0008] 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)〇
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011]优选地，所述PID算法的函数表达式如式(1)所示；
[0013]式（1)中，uk为PID算法在第k步输出的控φ糧，kP为比例调节系数，ki为积分调节系 数，kd为微分调节系数，ei为巡检机器人在第i步的水平偏转角度，ek为巡检机器人在第k步 的水平偏转角度，ek-i为巡检机器人在第k-Ι步的水平偏转角度。
[0014]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的外侧的驱动机构行进速度增加控制 量、且控制巡检机器人的内侧的驱动机构行进速度减少控制量。
[0015]优选地，所述计算弯道轨迹的速度增加量的函数表达式如式(2)所示；
[0016] V=(R-r)a/2 (2)
[0017] 式⑵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，a为巡检机器人的水平偏转角度。
[0018] 本发明基于激光轨道的变电站巡检机器人导航方法具有下述优点:本发明预先为 巡检机器人设计巡检轨迹，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，布置用于激光测距的目标挡板及激光测距仪，沿 着直线轨迹行进时，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，沿着弯道轨迹行进时，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，能够实现巡检机器 人在变电站的巡检导航，具有实施简单、稳定性好、成本较低、精度较高的优点。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
[0020] 图2为本发明实施例中巡检轨迹的布局示意图。
[0021] 图例说明：1、巡检轨迹；11、直线轨迹；12、弯道轨迹；2、巡检机器人;21、激光测距 仪;3、目标挡板；
【具体实施方式】
[0022] 如图1所示，本实施例基于激光轨道的变电站巡检机器人导航方法的步骤包括：
[0023] 1)预先为巡检机器人2设计巡检轨迹1，参见图2,巡检轨迹1由多条直线轨迹11和 用于连接相邻直线轨迹11的弯道轨迹12组成，确定直线轨迹11上巡检位置的偏移量，在直 线轨迹11的巡检轨迹1方向结束端延长线上布置用于激光测距的目标挡板3,在巡检机器人 2上布置激光测距仪21;
[0024] 2)当巡检机器人2沿直线轨迹11行进时，以巡检机器人2的水平偏转角度作为闭环 反馈量分别控制巡检机器人2的左右两侧的驱动机构沿着直线轨迹11行进，且通过激光测 距仪21及目标挡板3检测巡检机器人2在直线轨迹11上的偏移量，如果该偏移量对应有巡检 位置，则巡检机器人2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11 行进;当沿着直线轨迹11行进的偏移量为该直线轨迹11的长度时，跳转执行步骤3);
[0025] 3)确定当前的直线轨迹11沿巡检方向的弯道轨迹12，以巡检机器人2的水平偏转 角度作为闭环反馈量分别控制巡检机器人2的左右两侧的驱动机构沿着弯道轨迹12行进， 且在巡检机器人2通过激光测距仪21及目标挡板3检测到巡检机器人2进入新的直线轨迹11 上时，跳转执行步骤2)。
[0026] 本实例中，为了确切的知道巡检机器人2在巡检轨迹1中的实时位置，如图2所示， 当巡检机器人2在行进时，巡检机器人2通过激光测距仪21给目标挡板3发射激光信号实时 采集回巡检机器人2在直线轨迹11内的位置信息，确保巡检机器人2能够准确在巡检点停下 来对站内设备进行监控。
[0027] 为了进一步加强巡检机器人2-直在巡检轨迹1上行进，不脱离巡检轨迹1，参见图 2,步骤1)中还包括在直线轨迹11的巡检轨迹1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11同一侧的激光接收器42和激光发射器 41形成一对激光对射报警器;步骤2)当巡检机器人2沿直线轨迹11行进时，如果直线轨迹11 某一侧的激光接收器42信号被巡检机器人2阻挡，则增大巡检机器人2该侧驱动机构(本实 施例中具体为履带轮，此外也可以采用其他类型的驱动机构，例如车轮等）的速度、减少巡 检机器人2另一侧驱动机构的速度，使得巡检机器人2保持在直线轨迹11内行进。通过激光 对射报警器(激光接收器42和激光发射器41)搭建激光轨道，当巡检机器人2压住激光轨道 的变沿线时，激光信号被挡，激光接收器42将接收不到激光发射器41发射而来的激光信号， 从而给出报警信号，并通过网络传给巡检机器人2的控制器来调