一种变电站巡检机器人路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种变电站巡检机器人路径规划方法，包含以下步骤：（1）构建变电站栅格地图；（2）将变电站栅格地图分割成多个子区域栅格地图；（3）规划子区域栅格地图之间的访问路径；（4）选择子区域栅格地图内部的巡检起点、巡检终点；（5）在子区域栅格地图内部，进行多节点并行的方向启发式路径规划；（6）确定子区域栅格地图内部全部巡检点的访问顺序；（7）优化子区域栅格地图内部的巡检路径。本方法对变电站巡检机器人访问多个巡检点的路径进行了规划，有效地减少变电站巡检机器人搜索栅格的数目，缩短路径搜索时间，减少路径的转角个数，从而提高变电站巡检机器人路径规划的效率，同时本方法还对直角弯进行了圆弧优化，增加巡检路径的平滑度，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种变电站巡检机器人路径规划方法


[0001]本专利技术涉及移动机器人路径规划
，尤其是一种变电站巡检机器人路径规划方法。

技术介绍

[0002]随着国家电网推动智慧能源基础设施建设工作的进行，越来越多的智能机器人逐步应用到变电站的日常工作中。在变电站中，巡检机器人主要负责完成对不同巡检点进行仪表数值读取、红外热成像等工作，巡检机器人的应用极大提高了变电站巡检工作的效率。路径规划是变电站巡检机器人日常工作的重要内容，而路径规划的前提是变电站地图的建立。栅格地图是一种有效的变电站地图构建方式，其能够较好地反应地图的真实物理尺寸，巡检机器人、巡检点以及障碍物的位置信息都能够在栅格地图上唯一确定地表示，然而在地图规模较大的情况下，使用栅格地图具有路径规划效率不高的缺点。Dijkstra算法和A*算法是常用的基于搜索的路径规划算法，以其概率完备和路径最优的特点，广泛地应用在栅格地图的路径规划中，然而Dijkstra算法和A*算法的搜索速度有限，同时它们规划的路径还存在着转角较多的问题。

技术实现思路

[0003]为解决上述存在的技术问题，本专利技术提供了一种变电站巡检机器人路径规划方法。通过将变电站栅格地图划分为多个子区域，以及在子区域内部进行多节点并行的方向启发式路径规划，本方法能够有效地减少变电站巡检机器人搜索栅格数目，缩短路径规划时间，减少路径的转角，从而提高变电站巡检机器人路径规划的效率，同时本方法还对直角弯进行了圆弧优化，增加巡检路径的平滑度。
[0004]本专利技术的技术方案如下：<br/>[0005]一种变电站巡检机器人路径规划方法，包括以下步骤：
[0006](1)构建变电站栅格地图；
[0007](2)将变电站栅格地图分割成多个子区域栅格地图；
[0008](3)规划子区域栅格地图之间的访问路径；
[0009](4)选择子区域栅格地图内部的巡检起点、巡检终点；
[0010](5)在子区域栅格地图内部，进行多节点并行的方向启发式路径规划；
[0011](6)确定子区域栅格地图内部全部巡检点的访问顺序；
[0012](7)优化子区域栅格地图内部的巡检路径。
[0013]上述步骤(2)中将变电站栅格地图分割成多个子区域栅格地图的步骤如下：
[0014]步骤(2
‑
1)：对变电站栅格地图的巡检点进行聚类分析；
[0015]步骤(2
‑
2)：根据聚类边界划分栅格地图。
[0016]上述步骤(3)中规划子区域栅格地图之间的访问路径的步骤如下：
[0017]步骤(3
‑
1)：遍历聚类中心；
[0018]步骤(3
‑
2)：确定子区域栅格地图之间的访问顺序；
[0019]步骤(3
‑
3)：规划相邻两个子区域栅格地图之间的路径；
[0020]上述步骤(4)中选择子区域栅格地图内部的巡检起点、巡检终点的步骤如下：
[0021]步骤(4
‑
1)：在当前子区域栅格地图内部，根据公式(1)计算巡检点到上一个聚类中心的代价距离C
pre
；
[0022][0023]公式(1)中，α和β是权重系数，x
i
和y
i
是第i个巡检点的横坐标和纵坐标，a
pre
和b
pre
是上一个聚类中心的横坐标和纵坐标，a
cur
和b
cur
是当前聚类中心的横坐标和纵坐标。
[0024]步骤(4
‑
2)：选择代价距离C
pre
最大的点作为子区域巡检起点；
[0025]步骤(4
‑
3)：在当前子区域栅格地图内部，根据公式(2)计算巡检点到下一个聚类中心的代价距离C
next
；
[0026][0027]公式(2)中，α和β是权重系数，x
i
和y
i
是第i个巡检点的横坐标和纵坐标，a
next
和b
next
是下一个聚类中心的横坐标和纵坐标，a
cur
和b
cur
是当前聚类中心的横坐标和纵坐标。
[0028]步骤(4
‑
4)：选择代价距离C
next
最大的点作为子区域巡检终点。
[0029]上述步骤(5)中，在子区域栅格地图内部，进行多节点并行的方向启发式路径规划的步骤如下：
[0030]步骤(5
‑
1)：在子区域内部，巡检点执行相互独立的路径搜索；
[0031]步骤(5
‑
2)：广播巡检点当前搜索的栅格位置；
[0032]步骤(5
‑
3)：判断巡检点间是否搜索到位置相同的栅格，若是则执行步骤(5
‑
4)，若否则返回步骤(5
‑
1)；
[0033]步骤(5
‑
4)：根据公式(3)，计算任意两个巡检点之间的路径矩阵；
[0034][0035]公式(3)中，route
ij
表示当前子区域内第i个巡检点与第j个巡检点之间的路径，Parent
i
表示第i个巡检点到当前栅格的父节点向量，Parent
j
表示第j个巡检点到当前栅格的父节点向量，运算符号表示将两个向量首尾相连。
[0036]上述步骤(5
‑
1)中在子区域内部，巡检点执行相互独立的路径搜索的步骤如下：
[0037]步骤(5
‑1‑
1)：判断当前巡检点是否已经规划3条以上路径，若是则结束该巡检点的搜索，若否则执行步骤(5
‑1‑
2)；
[0038]步骤(5
‑1‑
2)：判断当前巡检点是否已经搜索10次且仍未规划新的路径，若是则结束该巡检点的搜索，若否则执行步骤(5
‑1‑
3)；
[0039]步骤(5
‑1‑
3)：计算其余巡检点的当前搜索栅格位置相对于本栅格当前搜索栅格位置的启发方向Dir；
[0040]步骤(5
‑1‑
4)：根据公式(4)，计算本巡检点当前栅格搜索方向Expand与启发方向Dir夹角的余弦值。
[0041][0042]公式(4)中，Expand是当前栅格搜索方向的方向向量，Dir是启发方向的方向向量，cos(α)是两个方向夹角的余弦值。
[0043]步骤(5
‑1‑
5)：搜索余弦值大于零的栅格。
[0044]上述步骤(6)中确定子区域栅格地图内部全部巡检点的访问顺序的步骤如下：
[0045]步骤(6
‑
1)：遍历路径矩阵，得到巡检点间的无障碍物路径；
[0046]步骤(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变电站巡检机器人路径规划方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)构建变电站栅格地图；(2)将变电站栅格地图分割成多个子区域栅格地图；(3)规划子区域栅格地图之间的访问路径；(4)选择子区域栅格地图内部的巡检起点、巡检终点；(5)在子区域栅格地图内部，进行多节点并行的方向启发式路径规划；(6)确定子区域栅格地图内部全部巡检点的访问顺序；(7)优化子区域栅格地图内部的巡检路径。2.根据权利要求1所述的一种变电站巡检机器人路径规划方法，其特征在于：所述步骤(2)中将变电站栅格地图分割成多个子区域栅格地图的步骤如下：步骤(2
‑
1)：对变电站栅格地图的巡检点进行聚类分析；步骤(2
‑
2)：根据聚类边界划分栅格地图。3.根据权利要求1所述的一种变电站巡检机器人路径规划方法，其特征在于：所述步骤(3)中规划子区域栅格地图之间的访问路径的步骤如下：步骤(3
‑
1)：遍历聚类中心；步骤(3
‑
2)：确定子区域栅格地图之间的访问顺序；步骤(3
‑
3)：规划相邻两个子区域栅格地图之间的路径。4.根据权利要求1所述的一种变电站巡检机器人路径规划方法，其特征在于：所述步骤(4)中选择子区域栅格地图内部的巡检起点、巡检终点的步骤如下：步骤(4
‑
1)：在当前子区域栅格地图内部，根据公式(1)计算巡检点到上一个聚类中心的代价距离C
pre
；公式(1)中，α和β是权重系数，x
i
和y
i
是第i个巡检点的横坐标和纵坐标，a
pre
和b
pre
是上一个聚类中心的横坐标和纵坐标，a
cur
和b
cur
是当前聚类中心的横坐标和纵坐标；步骤(4
‑
2)：选择代价距离C
pre
最大的点作为子区域巡检起点；步骤(4
‑
3)：在当前子区域栅格地图内部，根据公式(2)计算巡检点到下一个聚类中心的代价距离C
next
；公式(2)中，α和β是权重系数，x
i
和y
i
是第i个巡检点的横坐标和纵坐标，a
next
和b
next
是下一个聚类中心的横坐标和纵坐标，a
cur
和b
cur
是当前聚类中心的横坐标和纵坐标；步骤(4
‑
4)：选择代价距离C
next
最大的点作为子区域巡检终点。5.根据权利要求1所述的一种变电站巡检机器人路径规划方法，其特征在于：所述步骤(5)中在子区域栅格地图内部，进行多节点并行的方向启发式路径规划的步骤如下：步骤(5
‑
1)：在子区域内部，巡检点执行相互独立的路径搜索；步骤(5
‑
2)：广播巡检点当前搜索的栅格位置；步骤(5
‑
3)：判断巡检点间是否搜索到位置相同的栅格，若是则执行步骤(5
‑
4)，若否则返回步骤(5
‑
1)；
步骤(5
‑
4)：根据公式(3)，计算任意两个巡检点之间的路径矩阵；公式(3)中，route
ij
表示当前子区域内第i个巡检点与第j个巡检点之间的路径，Parent
i
表示第i个巡检点到当前栅格的父节点向量，Parent
j
表示第j个巡检点到当前栅格的父节点向量，运算符号表示将两个向量首尾相连。6.根据权利要求5所述的一种变电站巡检机器人路径规划方法，其特征在于：所述步骤(5
‑
1)在子区域内部，巡检点执行相互独立的路径搜索的步骤如下：步骤(5
‑1‑
1)：判断当前巡检点是否已经规划3条以上路...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗红霞，郭章旺，齐本胜，陈家林，李岩，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：