【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于直流站/换流站巡检领域，具体涉及换流站巡检机器人的路径规划系统及方法。
技术介绍
1、换流站是电力稳定运行的重要一环，其安全稳定直接影响着电力系统的正常运行，因此，换流站需要进行定期巡检和维护，以确保电力设备的正常运行。然而，换流站通常包括高电压设备、潜在的气体泄漏、高温区域等危险环境。让人工巡检员进入这些环境可能会面临安全风险，基于此，站内采用机器人来代替人类进行巡检，并且可以降低运营成本，减少人员工资和相关支出，减少生产停机时间。出于安全性和巡检效率的考量，需要在机器人巡检前和巡检过程中进行路径规划，一来保证机器人需要按照最短路径快速巡检换流站，以节省时间和资源，二来确保机器人避开危险区域，减少与危险设备的接触，从而提高安全性。
2、公告号为cn 112254731 a的专利技术专利公开一种巡检机器人、巡检路径规划方法，以及巡检路径规划系统，包括：控制器，用于控制驱动装置，带动巡检机器人行驶；距离传感器，用于当巡检机器人在当前巡路径中行驶时，实时采集巡检机器人底座与地面之间的距离；处理器，用于当巡检机器人底座与地面之间的距离大于第一距离阈值时，发出控制指令至控制器；控制器还用于根据控制指令，重新规划巡检路径，并控制驱动装置工作，以带动巡检机器人根据重新规划的巡检路径行驶。通过该方式，无需对实际地图进行精确测量，也不需要修改机器人巡检地图并设置虚拟墙后，再对机器人重新部署。当禁止通行区域发生变化时可随时去除涂层，以变更禁止通行区域，实现禁止通行区域设置简单化。
3、然而，传统路径规划方法通
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种换流站巡检机器人的路径规划系统及方法，使用该系统对巡检机器人进行路径规划的方法极大减少了计算最有路径的时间，并且保证了巡检过程中的动态避障，有效的提升了巡检效率和可靠性。
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种换流站巡检机器人的路径规划系统，用于规划及控制换流站巡检机器人的行走路径，其特征在于，包括机械结构模块、为换流站巡检机器人提供运动的动力系统模块、用于运算、路径规划和遥控的控制系统模块及用于传输通信数据的通信模块；所述的机械结构模块包括作为运动载体的底盘、用于导航和检测站内物体以及测距的传感器、用于巡检过程中对异常设备的拍摄和记录的摄像设备，所述的巡检机器人设置在底盘上，所述的巡检机器人上设置传感器和摄像设备；所述的动力系统模块包括用于供电的电池和用于提供动力的电机；所述的控制系统模块包括运算控制单元、路径规划算法单元及遥控单元；所述的通信模块包括通信设备和数据传输单元。
4、具体的，所述的传感器包括激光雷达传感器和红外线传感器。
5、具体的，所述的运算控制单元集成处理器和控制单元。
6、具体的，所述的路径规划算法融合了双向a*全局路径规划、基于闭式求解路径优化算法和基于时间空间注意力编码的动态路径实时优化算法。
7、具体的，一种换流站巡检机器人的路径规划方法，使用如上所述换流站巡检机器人的路径规划系统，包括如下步骤：
8、s1、基于遥控单元操控的巡检机器人在换流站的巡检线路上环绕一周，熟悉线路；
9、s2、巡检机器人通过激光雷达传感器、红外线传感器、摄像设备获取环境数据，用于构建环境地图、识别障碍物、以及确定当前位置；
10、s3、基于采集到的传感器数据和图像数据，构建一个初步的点云地图或者栅格地图，用于描述环境中的障碍物和可通行区域；
11、s4、数据预处理，将激光雷达传感器、红外线传感器、摄像设备采集的多模态数据进行预处理操作，如数据增强或者归一化；
12、s5、数据编码，将激光雷达传感器、红外线传感器、摄像设备采集到的多模态数据进行编码适合transformer模型输入的形式，包括将连续的数值数据进行离散化，并将离散化的数据转换成向量形式，并且将数据序列化；
13、s6、数据特征提取，将激光雷达传感器、红外线传感器、摄像设备采集到多模态数据进行特征提取，其中激光雷达传感器、红外线传感器获取的云数据采用resnet18进行特征网络提取，摄像设备拍摄的可见光图像采用darknet53网络进行特征提取；
14、s7、将激光雷达传感器、红外线传感器、摄像设备采集到的多模态数据融合为bev格式；
15、s8、对于输入的多通道bev图像b(x,y)，通过多层自注意力机制和位置编码来提取特征f(x,y)：f(x,y)＝transformer(b(x,y))，其中f(x,y)表示特征图，在坐标(x,y)处的特征值；
16、s9、经过自注意力机制和位置编码提取特征后，形成整个换流站巡检机器人的bevmap映射分布图和目标检测；
17、s10、基于得到的bev map映射分布图，采用双向a*算法计算对巡检机器人的路径进行规划设计；
18、s11、将上一步骤中双向a*算法规划的路径通过基于多项式闭式求解算法和基于transformer时空动态微调进一步路径优化；
19、s12、将机器人历史巡检过的路径轨迹，经过多项式闭式求解算法优化后的路径和当前时空环境状态作为输入，送到时间空间注意力编解码网络，预测下一时刻巡检机器人的运行状态；
20、s13、基于通信模块将传感器数据，包括图像和测量值信息定时发送到平台以供记录和回溯查询。
21、具体的，所述的步骤s7将激光雷达传感器、红外线传感器、摄像设备采集到的多模态数据融合为bev格式包括如下步骤：
22、s7-1：对于激光雷达传感器、红外线传感器采集到的雷达点云数据，将三维点云投影到一个二维平面上，然后对该平面进行栅格化，以生成一个高度图；
23、s7-2：对于雷达数据，将距离、角度信息转换为笛卡尔坐标，然后在bev平面上进行栅格化；
24、s7-3：对于摄像设备采集到的图像数据，将图像数据投影到bev平面上，生成一个颜色或强度图；
25、s7-4：将这些bev格式的数据叠加在一起，形成一个多通道的bev图像，设激光雷达的bev高度图为h(x,y)，雷达的bev距离图为r(x,y)，相机的bev强度图为i(x,y)，则多通道的bev图像可以表示为：b(x,y)＝[h(x,y),r(x,y),i(x,y)]，其中b(x,y)表示多通道bev图像在坐本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种换流站巡检机器人的路径规划系统，用于规划及控制换流站巡检机器人的行走路径，其特征在于，包括机械结构模块、为换流站巡检机器人提供运动的动力系统模块、用于运算、路径规划和遥控的控制系统模块及用于传输通信数据的通信模块；
2.根据权利要求1所述换流站巡检机器人的路径规划系统，其特征在于，所述的传感器包括激光雷达传感器和红外线传感器。
3.根据权利要求1所述换流站巡检机器人的路径规划系统，其特征在于，所述的运算控制单元集成处理器和控制单元。
4.根据权利要求1所述换流站巡检机器人的路径规划系统，其特征在于，所述的路径规划算法融合了双向A*全局路径规划、基于闭式求解路径优化算法和基于时间空间注意力编码的动态路径实时优化算法。
5.一种换流站巡检机器人的路径规划方法，使用如上任意一项权利要求1至4所述换流站巡检机器人的路径规划系统，其特征在于，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述换流站巡检机器人的路径规划方法，其特征在于，所述的步骤S7将激光雷达传感器、红外线传感器、摄像设备采集到的多模态数据融合为BEV格式包括如下步骤：
7.根据权利要求5所述换流站巡检机器人的路径规划方法，其特征在于，所述的步骤S10基于得到的BEV Map映射分布图，采用双向A*算法计算机器人巡检的规划路径包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述换流站巡检机器人的路径规划方法，其特征在于，所述的正向搜索的步骤如下：
9.根据权利要求7所述换流站巡检机器人的路径规划方法，其特征在于，所述步骤S11中通过多项式闭式求解算法进行路径优化，具体包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种换流站巡检机器人的路径规划系统，用于规划及控制换流站巡检机器人的行走路径，其特征在于，包括机械结构模块、为换流站巡检机器人提供运动的动力系统模块、用于运算、路径规划和遥控的控制系统模块及用于传输通信数据的通信模块；
2.根据权利要求1所述换流站巡检机器人的路径规划系统，其特征在于，所述的传感器包括激光雷达传感器和红外线传感器。
3.根据权利要求1所述换流站巡检机器人的路径规划系统，其特征在于，所述的运算控制单元集成处理器和控制单元。
4.根据权利要求1所述换流站巡检机器人的路径规划系统，其特征在于，所述的路径规划算法融合了双向a*全局路径规划、基于闭式求解路径优化算法和基于时间空间注意力编码的动态路径实时优化算法。
5.一种换流站巡检机器人的路径规划方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭华坤，李帅兵，孙亮，刘鹏，李玉堃，王笑倩，刘天祥，刘辛裔，杜大鹏，杨凯楠，李泰煜，马博，魏会娜，张倩旭，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司直流中心，
类型：发明
国别省市：
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