一种语义智能变电站巡视作业机器人导航系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种语义智能变电站巡视作业机器人导航系统及方法，预先存储变电站的三维语义地图，所述方法具体包括：接收巡检任务，所述巡检任务包括指定巡检区域或指定巡检设备；根据三维语义地图确定巡检任务相应的待巡检设备；将三维语义地图中所有待巡检设备的三维空间投影坐标作为机器人行走路线上的点，结合机器人当前所在位置，规划巡检路线；根据所述巡检路线进行巡检。本发明专利技术通过构建含有语义信息的变电站三维电子地图，能够自主采集提供了更加鲁棒的空间位置信息，有效提升了的数据采集质量和巡检效率。

【技术实现步骤摘要】
一种语义智能变电站巡视作业机器人导航系统及方法
本专利技术属于变电站巡检
，尤其涉及一种语义智能变电站巡视作业机器人导航系统及方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。目前，巡检机器人检测点通常由现场人员依据巡检任务人工设定，设定时现场人员首先遥控机器人沿巡检路线运行，当运行至待巡检电力设备周边后停靠；之后其再遥控调整机器人上云台姿态，使云台带动可见光摄像机、红外热像仪等非接触检测传感器依次对准机器人周边待巡检的各个设备并记录对应的云台预置位，从而完成一个检测点的设置。重复上述过程，以完成对巡检任务中包含所有待检设备检测点的设置。在所有检测点设置完成后，变电站巡检机器人沿巡检路线、停靠点和检测点进行设备巡检。也就是说，目前的巡检机器人导航完全按照工作人员配置的路线、停靠点和检测点执行。该导航方法至少存在以下问题：(1)上述检测点设置的过程繁琐，并且由于变电站内设备众多且所处空间方位各异，人工设置检测点的工作量大且主观性强，设置的标准不一致；再者，机器人在固定检测点停靠后再进行数据采集的应用模式，也制约了机器人巡检效率的进一步提升；(2)若巡检机器人在一个固定检测点停靠，之后对周边不同方位设备进行巡检数据采集时，因受到传感器观测角度及光照影响，较难获取每个设备的高质量巡检数据，不利于后续设备状态识别及故障诊断。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种语义智能变电站巡视作业机器人导航系统及方法，通过构建含有语义信息的变电站三维电子地图，能够自主采集提供了更加鲁棒的空间位置信息，有效提升了的数据采集质量和巡检效率。为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：一种语义智能变电站巡视作业机器人导航方法，预先存储变电站的三维语义地图，所述方法具体包括：接收巡检任务，所述巡检任务包括指定巡检区域或指定巡检设备；根据三维语义地图确定巡检任务相应的待巡检设备的可检测区域信息；融合机器人当前巡检任务中所有待检测设备的可检测区域信息，结合机器人当前所在位置，基于语义地图中的巡检道路信息，规划巡检路线；根据所述巡检路线进行巡检。进一步地，还根据三维语义地图，确定机器人针对每个待巡检设备的最佳巡检位姿，根据巡检路线到达各个待巡检设备时，根据最佳巡检位姿进行检测。进一步地，根据最佳巡检位姿进行检测包括：预先根据语义地图中设备的位置，计算搭载巡检相机的多自由度相机平台与待检设备最佳相对位姿关系；巡检过程中，基于巡检图像识别出待检测设备后，根据相应的相对位置关系，以及机器人当前所在位置、巡检路线以及设定的巡检速度，控制多自由度相机平台调整位姿，使得巡检相机始终对准所述待检测设备。所述多自由度相机平台需调整的位姿为：max[|nx*nxa+ny*nya+nz*nza|]式中：nx,ny,nz为待检设备检测表面法向量，nxa,nya,nza为多自由度相机平台空间姿态向量，若要得到多自由度相机平台与待检测设备的最佳数据采集姿态，控制多自由度相机平台使上式取得最大值即可。进一步地，所述三维语义地图的构建方法包括：实时获取当前环境的双目图像数据、巡检图像数据以及三维点云数据；基于双目图像数据和三维点云数据获取当前环境中对象的空间分布；根据当前环境中对象的空间分布，实现机器人周边可通行未知区域的自动识别，利用局部路径规划技术，实现机器人在未知区域的运动规划并，执行未知环境的地图构建，直至完成整个站内环境语义地图的构建。其中，所述执行未知环境的地图构建包括：基于双目图像数据及三维激光数据获取当前环境中对象的空间分布；基于巡检图像数据获取当前环境中对象的语义信息；利用空间位置坐标变换，将对象的空间信息投影至三维点云数据，建立三维语义地图。进一步地，巡检过程中，实时获取双目视觉和三维激光传感器数据，判断行走路线上是否存在设备的布局与三维语义地图不一致，若存在，对三维语义地图进行更新。一个或多个实施例提供了一种语义智能变电站巡视作业机器人导航系统，包括：导航控制工控机，以及与所述导航控制工控机连接的巡检相机、双目视觉相机和三维激光传感器；所述导航控制工控机被配置为执行所述的语义智能变电站巡视作业机器人导航方法。进一步地，所述系统还包括与所述导航控制工控机连接的运动控制工控机，以及与所述运动控制工控机连接的机器人运动平台。一个或多个实施例提供了一种基于语义智能的变电站巡检机器人，被配置为包括所述导航系统。以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：(1)本专利技术提出了一种面向巡检任务的双目视觉与三维激光融合巡检导航控制方法，融合双目视觉和三维激光获取环境信息，实现对机器人周边环境信息的全方位感知，之后结合含有语义信息的变电站三维电子地图和最优巡检数据采集方法，实现了机器人不停车巡检数据采集，有效提升了巡检效率。(2)提出了一种双目视觉与三维激光融合巡检机器人定位导航地图自主构建方法，基于双目视觉与三维激光获取的机器人周边障碍物及环境信息，利用随机空间探索和三维SLAM技术，实现了机器人对站内未知区域的探索和导航地图同步构建，有效提升环境地图构图效率和自动化水平。(3)提出了机器人与待巡检设备相对位姿偏差的巡检数据采集方法，结合含有语义信息的变电站三维电子地图，实现了机器人与待巡检设备相对位姿偏差的实时获取，通过对机器人上安装有检测传感器机械臂实时控制，使其在巡检时能够以最佳位姿对设备进行数据采集，提升了的数据采集质量。(4)提出了一种待检设备图像目标识别的地图语义分析方法，通过对环境地图离散点云的聚类和语义化，为巡检环境不同区域包含数据赋予了语义信息，提升了环境地图的可解释性，从而为机器人对待检设备巡检数据自主采集提供了更加鲁棒的空间位置，并可进一步方便机器人工程化应用。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例中语义智能变电站巡视作业机器人导航系统的整体框架图；图2为本专利技术实施例中巡检机器人定位导航地图自主构建流程图：图3为本专利技术实施例中三维电子地图语义分析流程图；图4为本专利技术实施例中面向巡检任务的双目视觉与三维激光融合巡检导航控制原理框图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种语义智能变电站巡视作业机器人导航方法，其特征在于，预先存储变电站的三维语义地图，所述方法具体包括：/n接收巡检任务，所述巡检任务包括指定巡检区域或指定巡检设备；/n根据三维语义地图确定巡检任务相应的待巡检设备的可检测区域信息；/n融合机器人当前巡检任务中所有待检测设备的可检测区域信息，结合机器人当前所在位置，基于语义地图中的巡检道路信息，规划巡检路线；/n根据所述巡检路线进行巡检。/n

【技术特征摘要】
1.一种语义智能变电站巡视作业机器人导航方法，其特征在于，预先存储变电站的三维语义地图，所述方法具体包括：
接收巡检任务，所述巡检任务包括指定巡检区域或指定巡检设备；
根据三维语义地图确定巡检任务相应的待巡检设备的可检测区域信息；
融合机器人当前巡检任务中所有待检测设备的可检测区域信息，结合机器人当前所在位置，基于语义地图中的巡检道路信息，规划巡检路线；
根据所述巡检路线进行巡检。


2.如权利要求1所述的一种语义智能变电站巡视作业机器人导航方法，其特征在于，还根据三维语义地图，确定机器人针对每个待巡检设备的最佳巡检位姿，根据巡检路线到达各个待巡检设备时，根据最佳巡检位姿进行检测。


3.如权利要求2所述的一种语义智能变电站巡视作业机器人导航方法，其特征在于，根据最佳巡检位姿进行检测包括：
预先根据语义地图中设备的位置，计算搭载巡检相机的多自由度相机平台与待检设备最佳相对位姿关系；
巡检过程中，基于巡检图像识别出待检测设备后，根据相应的相对位置关系，以及机器人当前所在位置、巡检路线以及设定的巡检速度，控制多自由度相机平台调整位姿，使得巡检相机始终对准所述待检测设备。


4.如权利要求3所述的一种语义智能变电站巡视作业机器人导航方法，其特征在于，所述多自由度相机平台需调整的位姿为：
max[|nx*nxa+ny*nya+nz*nza|]
式中：nx,ny,nz为待检设备检测表面法向量，nxa,nya,nza为多自由度相机平台空间姿态向量，若要得到多自由度相机平台与待检测设备的最佳数据采集姿态，控制多自由度相机平台使上式取得最大值即可。


5.如权利要求1所述的一种语义智能变电站巡视作业机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖鹏，李建祥，王振利，慕世友，王克南，吴强，王万国，郝永鑫，郭锐，王海鹏，
申请(专利权)人：国网智能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37