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CN113341431B - 一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法 - Google Patents

一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法 Download PDF

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CN113341431B CN202110437536.XA CN202110437536A CN113341431B CN 113341431 B CN113341431 B CN 113341431B CN 202110437536 A CN202110437536 A CN 202110437536A CN 113341431 B CN113341431 B CN 113341431B
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Abstract

本发明公开了一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法，克服了现有技术的变电站内机器人定位不准导致的不利于操作的问题，包括双路激光数据校准阶段和机器人路径导航位移阶段；先进行双路激光数据校准阶段和机器人路径导航位移阶段。本发明通过双路激光雷达传感器测量变电站机器人到待操作设备的距离位置信息，将双路数据进行数据整合，变电站机器人内部的定位算法根据距离位置信息实现对变电站机器人的路径规划达到变电站机器人移动至待操作设备的最优路径。

Description

一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法
技术领域
本发明涉及变电站技术领域，尤其是涉及一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法。
背景技术
当前，人工智能技术已在金融、医疗、教育、制造等领域得到了广泛的应用，并取得不错的应用效果。电力行业从业人员常涉及一些列高危操作，尤其是变电站内的一些工作，如和闸、分闸、开关操作、设备巡视、异常及时事故处理。智能机器人是人工智能技术的典型代表，可以代替人去完成一些工作，和变电站对人工智能技术的需求有天然的匹配性。目前，嘉兴供电公司首次将智能操作机器人投入变电站使用，该智能操作机器人可以实现变电站的开关操作、设备巡视、紧急事故处理，而传统巡视机器人只能完成设备巡视工作，不具备多用途能力。变电站设备众多，有变压器、开关柜、绝缘子、母线、隔离开关等多类设备，室内操作机器人受限于机械臂的作业空间，需要近距离接近开关柜柜体等设备进行操作，然而由于机器人动作的限制，变电站室内的机器人的底盘无法精准的定位到相应开关柜进行操作，定位不准容易造成机器人移动时间过长对变电站开关柜的操作困难。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的变电站内机器人定位不准导致的不利于操作的问题，提供一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法，能够提高定位精度，导航定位算法对双路激光输出的激光帧数据进行实时对齐并有效融合，得到广视角的环境特征点数据，再结合迭代特征点检测实现变电站机器人的高精度室内定位。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法，包括双路激光数据校准阶段和机器人路径导航位移阶段；先进行双路激光数据校准阶段和机器人路径导航位移阶段；
双路传感器数据校准阶段包括以下步骤：
A1、变电站机器人接收指挥系统发送的待操作设备的位置；
A2、变电站机器人上设有双路激光雷达传感器，双路激光雷达传感器发射激光脉冲至待操作设备的位置；
A3、经过待操作设备散射后的激光返回各自的激光雷达传感器，双路激光雷达传感器读取每一路激光返回的时间，得到两路变电站机器人到柜体的距离数据；
所述A2包括以下内容：
变电站机器人内部设有用于感应待操作设备图像的图像信息传感器和用于识别待操作设备图形信息的可见光照片自动识别器，图像信息传感器与可见光照片自动识别器连接用于采集待操作设备的图片信息与指挥系统发送的待操作设备的信息比对，找到正确的待操作设备；指挥系统将待操作设备的位置信息与图片信息发送至变电站机器人，变电站机器人根据指挥系统发送的位置信息及图片信息找到待操作设备并想待操作设备发射激光脉冲；
机器人路径导航位移阶段包括以下步骤：
B1、变电站机器人得到两路到柜体的距离数据；
B2、通过定位算法实现变电站机器人的路径规划；
B3、变电站机器人按照规划路径移动至待操作设备。
本发明通过双路激光雷达传感器测量变电站机器人到待操作设备的距离位置信息，将双路数据进行数据整合，变电站机器人内部的定位算法根据距离位置信息实现对变电站机器人的路径规划达到变电站机器人移动至待操作设备的最优路径。
由于此类机器人移动时仅能横向或纵向移动至目标，变电站机器人无法斜向直接以直线的方式移动至待操作设备的位置，且若路径上也可能会有障碍物阻碍变电站机器人的运动，定位算法能确保在进行路径规划时通过创建直角坐标系寻找多个节点实现路径最优。
作为优选，所述双路激光雷达传感器采用如下方法设置：变电站机器人上设有双路激光雷达传感器，其中一路激光雷达传感器发射的激光脉冲垂直于待操作设备上的操作面，另一路激光雷达传感器发射的激光脉冲可旋转的设置在变电站机器人上，可旋转的激光雷达传感器发射的激光脉冲的方向根据每次待操作设备的位置方向实时调整。
作为优选，待操作设备的操作面上设有包括按钮、旋钮在内的装置。
作为优选，其中一路激光雷达传感器发射的激光脉冲垂直于待操作设备上的操作面，另一路激光雷达传感器发射的激光脉冲的方向根据每次待操作设备的位置，垂直的激光雷达传感器读取的位置距离数据为l1，照射方向为带操作设备方向的激光雷达传感器读取的距离数据为l2，定位算法根据两个距离数据实现对变电站机器人的路径规划。
作为优选，定位算法根据两个距离数据实现对变电站机器人的路径规划包括以下内容：B21、以变电站机器人当前位置为坐标原点建立直角坐标系，变电站机器人读取两路激光脉冲之间的夹角θ，沿着数据距离l1起始点到终点的方向为x轴正方向，y轴正方向与x轴正方向垂直并使数据距离l2上的点落在第一象限内；
B22、沿x轴正方向或y轴正方向移动至第一节点，若第一次移动至第一节点是沿x轴正方向则下一次移动至第二节点的方向是从第一节点至上一次移动的垂直方向靠近待操作设备一侧，即y轴正方向；若第一次移动至第一节点是沿y轴正方向则下一次移动至第二节点的方向是从第一节点至上一次移动的垂直方向靠近待操作设备一侧，即x轴正方向；
B23、移动过程中遇到障碍物则定位当前障碍物的位置为一个节点，并继续下一次移动，直至到达待操作柜体。
作为优选，变电站机器人在x轴正方向上移动所有节点的总距离x1＝l1。
作为优选，变电站机器人在y轴正方向上移动所有节点的总距离y1＝l2×sinθ。
作为优选，所述B3中规划路径包括若干节点和节点之间的连线，节点与节点之间的连线为直线段；每一个节点与下一个节点之间的连线仅在直角坐标系上的横向或纵向方向上；若当前节点与下一节点之间连线在直角坐标系的横向方向上，则下一节点与再下一节点之间的连线在直角坐标系的纵向方向上；
若当前节点与下一节点之间连线在直角坐标系的纵向方向上，则下一节点与再下一节点之间的连线在直角坐标系的横向方向上。
因此，本发明具有如下有益效果：
本发明解决了变电站室内的机器人受限于作业空间无法精确进行底盘控制的导航定位，提高了定位精度，变电站机器人搭载双路激光雷达传感器通过定位算法对双路激光输出的激光数据进行实时对齐并有效融合得到广视角的环境数据且精确定位待操作设备的位置信息，结合双路激光雷达传感器得到的两个数据进行快速的定位和路径规划，实现高精度的变电站机器人室内位置定位，保证变电站机器人的高精度适用性，减小变电站机器人的操作周期，提高操作安全性及效率。
附图说明
图1是本实施例的流程图。
图2是本实施例的双路激光方向示意图。
图中：1、变电站机器人 2、开关柜 3、待操作设备 4、障碍物 5、第一节点 6、第二节点 7、第三节点。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1：
本实施例提供了一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法，如图1所示，包括双路激光数据校准阶段和机器人路径导航位移阶段；先进行双路激光数据校准阶段和机器人路径导航位移阶段；
双路传感器数据校准阶段包括以下步骤：
A1、变电站机器人接收指挥系统发送的待操作设备的位置；
A2、变电站机器人上设有双路激光雷达传感器，双路激光雷达传感器发射激光脉冲至待操作设备的位置；
A3、经过待操作设备散射后的激光返回各自的激光雷达传感器，双路激光雷达传感器读取每一路激光返回的时间，得到两路变电站机器人到柜体的距离数据；
所述A2包括以下内容：
变电站机器人内部设有用于感应待操作设备图像的图像信息传感器和用于识别待操作设备图形信息的可见光照片自动识别器，图像信息传感器与可见光照片自动识别器连接用于采集待操作设备的图片信息与指挥系统发送的待操作设备的信息比对，找到正确的待操作设备；指挥系统将待操作设备的位置信息与图片信息发送至变电站机器人，变电站机器人根据指挥系统发送的位置信息及图片信息找到待操作设备并想待操作设备发射激光脉冲；
机器人路径导航位移阶段包括以下步骤：
B1、变电站机器人得到两路到柜体的距离数据；
B2、通过定位算法实现变电站机器人的路径规划；
B3、变电站机器人按照规划路径移动至待操作设备。
作为优选，所述双路激光雷达传感器采用如下方法设置：变电站机器人上设有双路激光雷达传感器，其中一路激光雷达传感器发射的激光脉冲垂直于待操作设备上的操作面，另一路激光雷达传感器发射的激光脉冲可旋转的设置在变电站机器人上，可旋转的激光雷达传感器发射的激光脉冲的方向根据每次待操作设备的位置方向实时调整。
作为优选，待操作设备的操作面上设有包括按钮、旋钮在内的装置。
作为优选，其中一路激光雷达传感器发射的激光脉冲垂直于待操作设备上的操作面，另一路激光雷达传感器发射的激光脉冲的方向根据每次待操作设备的位置，垂直的激光雷达传感器读取的位置距离数据为l1，照射方向为带操作设备方向的激光雷达传感器读取的距离数据为l2，定位算法根据两个距离数据实现对变电站机器人的路径规划。
作为优选，定位算法根据两个距离数据实现对变电站机器人的路径规划包括以下内容：
B21、以变电站机器人当前位置为坐标原点建立直角坐标系，变电站机器人读取两路激光脉冲之间的夹角θ，沿着数据距离l1起始点到终点的方向为x轴正方向，y轴正方向与x轴正方向垂直并使数据距离l2上的点落在第一象限内；
B22、沿x轴正方向或y轴正方向移动至第一节点，若第一次移动至第一节点是沿x轴正方向则下一次移动至第二节点的方向是从第一节点至上一次移动的垂直方向靠近待操作设备一侧，即y轴正方向；若第一次移动至第一节点是沿y轴正方向则下一次移动至第二节点的方向是从第一节点至上一次移动的垂直方向靠近待操作设备一侧，即x轴正方向；
B23、移动过程中遇到障碍物则定位当前障碍物的位置为一个节点，并继续下一次移动，直至到达待操作柜体。
作为优选，变电站机器人在x轴正方向上移动所有节点的总距离x1＝l1。
作为优选，变电站机器人y轴正方向上移动所有节点的总距离y1＝l2×sinθ。
作为优选，所述B3中规划路径包括若干节点和节点之间的连线，节点与节点之间的连线为直线段；每一个节点与下一个节点之间的连线仅在直角坐标系上的横向或纵向方向上；若当前节点与下一节点之间连线在直角坐标系的横向方向上，则下一节点与再下一节点之间的连线在直角坐标系的纵向方向上；
若当前节点与下一节点之间连线在直角坐标系的纵向方向上，则下一节点与再下一节点之间的连线在直角坐标系的横向方向上。
如图2所示，本实施例中变电站机器人1沿着y轴正方向移动至障碍物4录此时位置为第一节点3，然后变电站机器人沿着与上次移动方向垂直且靠近待操作设备3方向即x轴正方向移动至开关柜2并记录当前位置为第二节点，变电站机器人1沿着y轴正方向移动至待操作设备3的位置，保证总的移动距离最少，减少无效的移动距离，通过坐标系与双路激光光束读取的位置保证定位的精度准确无误。
上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法，其特征是，包括双路激光数据校准阶段和机器人路径导航位移阶段；
先进行双路激光数据校准阶段；
双路激光数据校准阶段包括以下步骤：
A1、变电站机器人接收指挥系统发送的待操作设备的位置；
A2、变电站机器人上设有双路激光雷达传感器，双路激光雷达传感器发射激光脉冲至待操作设备的位置；
A3、经过待操作设备散射后的激光返回各自的激光雷达传感器，双路激光雷达传感器读取每一路激光返回的时间，得到两路变电站机器人到待操作设备的距离数据；
所述A2包括以下内容：
变电站机器人内部设有用于感应待操作设备图像的图像信息传感器和用于识别待操作设备图形信息的可见光照片自动识别器，图像信息传感器与可见光照片自动识别器连接用于采集待操作设备的图片信息与指挥系统发送的待操作设备的信息比对，找到正确的待操作设备；指挥系统将待操作设备的位置信息与图片信息发送至变电站机器人，变电站机器人根据指挥系统发送的位置信息及图片信息找到待操作设备并向待操作设备发射激光脉冲；
机器人路径导航位移阶段包括以下步骤：
B1、变电站机器人得到两路到待操作设备的距离数据；
B2、通过定位算法实现变电站机器人的路径规划；
B3、变电站机器人按照规划路径移动至待操作设备。
2.根据权利要求1所述的一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法，其特征是，所述双路激光雷达传感器采用如下方法设置：
变电站机器人上设有双路激光雷达传感器，其中一路激光雷达传感器发射的激光脉冲垂直于待操作设备上的操作面，另一路激光雷达传感器可旋转的设置在变电站机器人上，可旋转的激光雷达传感器发射的激光脉冲的方向根据每次待操作设备的位置方向实时调整。
3.根据权利要求2所述的一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法，其特征是，待操作设备的操作面上设有包括按钮、旋钮在内的装置。
4.根据权利要求1所述的一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法，其特征是，其中一路激光雷达传感器发射的激光脉冲垂直于待操作设备上的操作面；
另一路激光雷达传感器发射的激光脉冲的方向根据每次待操作设备的位置确定；
发射的激光脉冲垂直于待操作设备上的操作面的激光雷达传感器读取的位置距离数据为l1；
照射方向为待操作设备方向的激光雷达传感器读取的距离数据为l2，定位算法根据两个距离数据实现对变电站机器人的路径规划。
5.根据权利要求4所述的一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法，其特征是，定位算法根据两个距离数据实现对变电站机器人的路径规划包括以下内容：
B21、以变电站机器人当前位置为坐标原点建立直角坐标系，变电站机器人读取两路激光脉冲之间的夹角θ，沿着距离数据l1起始点到终点的方向为x轴正方向，y轴正方向与x轴正方向垂直并使距离数据l2上的点落在第一象限内；
B22、沿x轴正方向或y轴正方向移动至第一节点，若第一次移动至第一节点是沿x轴正方向则下一次移动至第二节点的方向是从第一节点沿上一次移动的垂直方向靠近待操作设备一侧，即y轴正方向；若第一次移动至第一节点是沿y轴正方向则下一次移动至第二节点的方向是从第一节点沿上一次移动的垂直方向靠近待操作设备一侧，即x轴正方向；
B23、移动过程中遇到障碍物则定位当前障碍物的位置为一个节点，并继续下一次移动，直至到达待操作设备。
6.根据权利要求5所述的一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法，其特征是，变电站机器人在x轴正方向上移动所有节点的总距离x1＝l1。
7.根据权利要求5所述的一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法，其特征是，变电站机器人在y轴正方向上移动所有节点的总距离y1＝l2×sinθ。
8.根据权利要求1所述的一种基于双路激光的变电站机器人室内导航定位方法，其特征是，所述B3中规划路径包括若干节点和节点之间的连线，节点与节点之间的连线为直线段；每一个节点与下一个节点之间的连线仅在直角坐标系上的横向或纵向方向上；
若当前节点与下一节点之间连线在直角坐标系的横向方向上，则下一节点与再下一节点之间的连线在直角坐标系的纵向方向上；
若当前节点与下一节点之间连线在直角坐标系的纵向方向上，则下一节点与再下一节点之间的连线在直角坐标系的横向方向上。
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