一种变电站足式巡检机器人安全控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种变电站足式巡检机器人安全控制方法及系统，包括：获取机器人周围设定范围内的路面特征信息和待检电力设备信息，形成三维点云；将所述三维点云的坐标转换为地面坐标系下的坐标；基于足式机器人尺寸确定其前进通道的范围；基于前进通道距离范围内的点云数量，确定足式机器人的通行策略。本发明专利技术方法能够通过抬脚和下蹲的方式实现避障，同时保证足式机器人在前进时摆动腿竖直抬起，避免踢到地面而立面影响平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种变电站足式巡检机器人安全控制方法及系统
本专利技术涉及变电站巡检机器人
，尤其涉及一种变电站足式巡检机器人安全控制方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。目前的变电站内巡检机器人，大多采用轮式机器人或者履带式机器人进行巡检；巡检过程中，通常采用超声传感器、毫米波雷达、激光雷达等检测环境中的障碍物，然后停障或通过路径规划绕障。但是，上述巡检机器人仅能够在平整的路面上运行，而无法实现对于变电站内存在台阶、楼梯、石子路面或者门洞等地形的巡检，其避障方法只考虑平面地图，平面上一点要么可以通过，要么不可以通过，遇到台阶需要绕过，遇到低矮通道也无法通过，难以实现巡检区域全覆盖。利用足式机器人站立高度可调的特点，能够实现迈步过坎、下蹲钻洞等避障动作，但是现有技术仍无法实现在三维空间中的避障，且足式机器人抬脚时可能会发生踢到障碍物影响平衡甚至被障碍物绊倒的情况。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出了一种变电站足式巡检机器人安全控制方法及系统，使用传感器探测环境的三维轮廓，结合自身尺寸的先验信息完成三维避障，从而穿越变电站中的设备区。根据本专利技术实施例的第一个方面，提供了一种变电站足式巡检机器人安全控制方法，包括：获取机器人周围设定范围内的路面特征信息和待检电力设备信息，形成三维点云；将所述三维点云的坐标转换为地面坐标系下的坐标；基于足式机器人尺寸确定其前进通道的范围；基于前进通道范围内的点云数量，确定足式机器人的通行策略。作为进一步的方案，所述前进通道为具有设定长度、宽度和高度的三维立体通道结构；所述通道的尺寸根据足式机器人的尺寸确定。作为进一步的方案，基于采集到的图像信息获取机器人周围设定范围内的路面特征信息和待检电力设备信息；对图像数据进行预处理，利用目标检测模型对图像进行检测，定位设定路面区域或者电力设备在图像中的位置，并利用路面特征分类模型或者设备分类模型对定位后的路面特征或者电力设备种类进行识别。作为进一步的方案，基于前进通道范围内的点云数量，确定足式机器人的通行策略，具体包括：如果前进通道内的点云个数小于设定阈值，则认为是传感器噪声，判定足式机器人可以通行；如果点云个数大于设定的阈值，切除前进通道内设定高度以上或者设定高度以下的点云数据；重新判定剩余点云数量，若小于设定阈值，则判定足式机器人可以通行，否则，判定为有障碍，执行避障策略。作为进一步的方案，若切除前进通道内设定高度以上的点云数据后，剩余点云数量小于设定阈值，则控制足式机器人下蹲至该高度以下通行。作为进一步的方案，若切除前进通道内设定高度以下的点云数据后，剩余点云数量小于设定阈值，则控制足式机器人跨越该高度通行。作为进一步的方案，控制足式机器人跨越该高度通行时，采用同速后撤法，使得摆动腿相对于躯干的移动速度与支撑腿相对于躯干的移动速度相同；采用超速后撤法，使摆动腿的后撤速度超过支撑腿的蹬地速度。作为进一步的方案，所述超速后撤法具体为：摆动腿的后撤速度＝k×支撑腿的蹬地速度；其中，k大于1。作为进一步的方案，所述超速后撤法具体为：摆动腿的后撤位置＝支撑腿的位置-抬脚结束后多后撤的距离与摆动相的预计时长的比值×进入摆动相后的计时时间。作为进一步的方案，摆动腿抬脚时的运动轨迹包括X轴轨迹和Z轴轨迹，摆动腿在Z轴的位置根据迈步高度、摆动相的预计时长以及进入摆动相后的计时时间确定。根据本专利技术实施例的第二个方面，提供了一种变电站足式巡检机器人安全控制系统，包括：三维点云获取模块，用于获取机器人周围设定范围内的路面特征信息和待检电力设备信息，形成三维点云；坐标转换模块，用于将所述三维点云的坐标转换为地面坐标系下的坐标；前进通道模块，用于基于足式机器人尺寸确定其前进通道的范围；通行策略模块，用于基于前进通道距离范围内的点云数量，确定足式机器人的通行策略。根据本专利技术实施例的第三个方面，提供了一种变电站足式巡检机器人，包括上述的变电站足式巡检机器人安全控制系统，或者采用上述的变电站足式巡检机器人安全控制方法。根据本专利技术实施例的第四个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的变电站足式巡检机器人安全控制方法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术创新性提出了一种变电站足式巡检机器人安全控制方法，研制了路面特征及电力设备识别模型，利用前进通道的点云数量，通过抬脚或下蹲的方式实现足式机器人在三维空间的避障，解决轮式巡检机器人无法空间越障的难题，实现了足式巡检机器人在设备区内的停障或绕障功能，拓宽足式巡检机器人的作业范围，提高机器人的适应性与灵活性。(2)本专利技术创新性提出一种足式机器人抬脚步态规划方法，研制了足式机器人抬脚步态规划系统，解决了足式机器人在爬越楼梯时摆动腿容易踢到楼梯立面以及足式机器人抬脚时可能会发生踢到障碍物影响平衡甚至被障碍物绊倒的问题，实现了摆动腿与支撑腿在前后方向的运动相关联且同速运动，足式机器人在前进时摆动腿竖直抬起及抬脚时摆动腿的后撤速度超过支撑腿的蹬地速度，提高了足式机器人运动的稳定性，避免了抬脚时被楼梯台面的凸出部分压住破坏平衡。本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明图1为根据本专利技术实施例中的变电站足式巡检机器人安全控制方法流程图；图2是本专利技术实施例的同速后撤法示意图；图3是本专利技术实施例的机器人处于坡面时的同速后撤法示意图；图4是本专利技术实施例的超速后撤法示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
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申请的示例性实施方式。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，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例一根据本专利技术实施例，提供了一种变电站足式巡检机器人安全控制方法的实施例，参照图1，包括以下过程：步骤S101：获取机器人周围设定范围内的路面特征信息和待检电力设备信息，形成三维点云；所用的环境探测器包含且不限于可见光双目相机(如ZED)、红外双目相机(如RealSense)、机械或固态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变电站足式巡检机器人安全控制方法，其特征在于，包括：/n获取机器人周围设定范围内的路面特征信息和待检电力设备信息，形成三维点云；/n将所述三维点云的坐标转换为地面坐标系下的坐标；/n基于足式机器人尺寸确定其前进通道的范围；/n基于前进通道距离范围内的点云数量，确定足式机器人的通行策略。/n

【技术特征摘要】
1.一种变电站足式巡检机器人安全控制方法，其特征在于，包括：
获取机器人周围设定范围内的路面特征信息和待检电力设备信息，形成三维点云；
将所述三维点云的坐标转换为地面坐标系下的坐标；
基于足式机器人尺寸确定其前进通道的范围；
基于前进通道距离范围内的点云数量，确定足式机器人的通行策略。


2.如权利要求1所述的一种变电站足式巡检机器人安全控制方法，其特征在于，所述前进通道为具有设定长度、宽度和高度的三维立体通道结构；所述通道的尺寸根据足式机器人的尺寸确定。


3.如权利要求1所述的一种变电站足式巡检机器人安全控制方法，其特征在于，基于采集到的图像信息获取机器人周围设定范围内的路面特征信息和待检电力设备信息；对图像数据进行预处理，利用目标检测模型对图像进行检测，定位设定路面区域或者电力设备在图像中的位置，并利用路面特征分类模型或者设备分类模型对定位后的路面特征或者电力设备种类进行识别。


4.如权利要求1所述的一种变电站足式巡检机器人安全控制方法，其特征在于，基于前进通道范围内的点云数量，确定足式机器人的通行策略，具体包括：
如果前进通道内的点云个数小于设定阈值，判定足式机器人可以通行；
如果点云个数大于设定的阈值，切除前进通道内设定高度以上或者设定高度以下的点云数据；重新判定剩余点云数量，若小于设定阈值，则判定足式机器人可以通行，否则，判定为有障碍，执行避障策略。


5.如权利要求4所述的一种变电站足式巡检机器人安全控制方法，其特征在于，若切除前进通道内设定高度以上的点云数据后，剩余点云数量小于设定阈值，则控制足式机器人下蹲至该高度以下通行。


6.如权利要求4所述的一种变电站足式巡检机器人安全控制方法，其特征在于，若切除前进通道内设定高度以下的点云数据后，剩余点云数量小于设定阈值，则控制足式机器人跨越该高...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟健，肖鹏，董旭，李建祥，黄锐，李希智，杨尚伟，许曦普，吕俊涛，左新斌，刘海波，程宏霞，
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