【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人工智能，尤其是涉及一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人。
技术介绍
1、目前智能变电站规模不断扩大，且近年来智能变电站机器人巡检发展迅速已经成为新的发展方向。传统人工巡检存在人力资源成本高、巡检效率低、极端工况下巡检安全系数低、变电站发生事故时有很大的危险等问题。
2、为了减轻人力劳动，更快更高效的获取设备信息，引入机器人参与到变电站的日常巡检任务中。现如今，变电站巡检机器人能够有效降低变电站巡检工作人员的工作强度，具有高效、节能、适应性强、安全准确的优势，可有效避免人工巡检过程中的疏漏、人员受伤等状况，可实现全天候巡检监控。
3、刘琦等人在文献《基于ros的变电站巡检机器人路径规划研究》中公开了一种路径规划方法，该方法采用cartographer算法作为后续路径规划研究的建图算法，采用改进a*算法进行全局路径规划研究。叶泽团等人在文献《基于ros的配电室巡检机器人路径规划的研究》中也公开了一种路径规划方法，该方法采用floyd算法优化全局路径。目前而言，现有的变电站巡检机器人，部分采用在地面铺设磁导线的磁导航巡检方法，这就需要在巡检路径上设置必要的电子标签负责发送指令给巡检机器人协调其执行动作且其检测形式较为单一，另外避障能力差，自主巡检程度有待进一步提高。其次，由于中高压变电站面积较大，需要巡检的区域较多，另一部分虽然采用最新的建图、自主巡检的方法，但其单巡检机器人的工作模式依然存在巡检效率低、且其出现故障时无法继续完成巡检任务等问题。因此，设计一种多机器人、多功能协同的变电站巡
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了提供一种提高巡检能力的基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，包括巡检路径规划模块、控制模块、定位模块和供电模块，
4、控制模块：用于实时采集变电站室外环境数据、接收巡检任务指令以及基于所述巡检路径规划模块规划的巡检路径控制巡检机器人运动至巡检点，完成巡检任务；
5、巡检路径规划模块：用于基于所述控制模块实时采集的变电站室外环境数据和定位模块实时获取的位置信息，采用规划路径优化算法分别生成单巡检机器人的巡检路径和多巡检机器人协同巡检下的巡检路径；
6、定位模块：用于基于所述控制模块实时采集的变电站室外环境数据，采用定位算法对巡检机器人进行实时定位，实时获取位置信息；
7、供电模块：用于为所述巡检路径规划模块、控制模块和定位模块供电。
8、进一步地，所述巡检任务指令通过远程pc下发，所述远程pc与控制模块连接，所述控制模块包括底层控制子模块、编码器、微型pc、激光雷达、摄像头、机械臂上位机及机械臂电机，所述底层控制子模块分别与微型pc和编码器连接，所述微型pc分别与激光雷达和摄像头连接，所述远程pc通过wifi分别与微型pc和机械臂上位机进行远程通讯，所述机械臂上位机与机械臂电机连接。
9、进一步地，所述巡检任务包括电气柜门的开合、检查电气柜内情形和上传检查结果。
10、进一步地，所述单巡检机器人的巡检路径的生成步骤包括：
11、采集变电站原始室外环境数据，生成巡检机器人的工作地图；
12、基于所述工作地图，采用a*算法搜索单巡检机器人完成各巡检点巡检任务的最短路径，将所述最短路径作为单巡检机器人的初始巡检路径，其中搜索所述最短路径过程中，采用改进的灰狼优化算法进行优化；
13、单巡检机机器人根据所述初始巡检路径进行运动，获取定位模块实时更新的巡检机器人的位置信息，并根据控制模块实时采集的变电站室外环境数据判断是否遇到障碍物，若是，则根据采用所述a*算法和改进的灰狼优化动态调整巡检路径，若否，则按照初始巡检路径进行巡检，直至到达各巡检点，获得最终的单巡检机器人的巡检路径。
14、进一步地，所述生成巡检机器人的工作地图的具体步骤包括：
15、将所述变电站原始室外环境数据进行预处理，所述预处理包括识别障碍物和将所述障碍物统一模糊化为不可通行区；
16、将预处理后的变电站室外环境数据进行栅格化处理，得到栅格地图；
17、根据各巡检点和障碍物之间的位置关系，将各巡检点在所述栅格地图中进行标记，生成巡检机器人的工作地图。
18、进一步地，所述多巡检机器人的巡检路径的生成步骤包括：
19、各个巡检机器人获取根据多个任务分配的最佳巡检任务；
20、根据所述分配的最佳巡检任务，各个巡检机器人利用融合a*算法和改进的灰狼优化算法，生成各巡检机器人的初始巡检路径；
21、各巡检机机器人根据所述初始巡检路径进行运动，获取定位模块实时更新的各巡检机器人的位置信息，并根据控制模块实时采集的变电站室外环境数据判断是否遇到障碍物或其他巡检机器人，若是，则利用融合a*算法和改进的灰狼优化算法动态调整巡检路径，若否，则按照所述初始巡检路径进行巡检，直至所有巡检机器人完成巡检任务，获得最终的多巡检机器人的巡检路径。
22、进一步地，采用匈牙利算法将所述最佳巡检任务分配给对应的巡检机器人。
23、进一步地，所述多巡检机器人的巡检路径的生成步骤还包括：
24、当巡检机器人完成巡检任务时，将其余未完成巡检任务的巡检机器人自动识别为动态障碍物，并结合控制模块实时采集的变电站室外环境数据进行实时避障。
25、进一步地，所述定位算法为自适应蒙特卡洛定位算法。
26、进一步地，还包括与控制模块连接的uart和wi-fi，所述控制模块通过uart发送数据到wi-fi，同时接收wi-fi发回的数据，以根据发回的数据控制巡检机器人各个模块的启动和休眠。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
27、(1)本专利技术根据控制模块实现了巡检机器人的运动和完成巡检任务的功能协同，同时巡检路径规划模块在定位模块提供的位置信息基础上规划单巡检机器人和多巡检机器人多任务的巡检路径，实现了多机多任务协同巡检，显著提高了巡检机器人的巡检能力。
28、(2)本专利技术使用a*及改进的灰狼算法规划路径，充分利用利用匈牙利多任务分配算法实现包括多台巡检机器人之间的工作协同使得巡检总路线最短，减少功耗。
29、(3)本专利技术将休眠模式融入到巡检机器人控制策略中，利用uart转wi-fi，控制各个功能模块的启动和休眠，相比于现有的巡检机器人即使处于待机状态还是消耗一部分电能，本专利技术的休眠模式的设计会减少这部分电能的消耗，使巡检机器人对电能的利用更加充分，配合电池管理系统，延长电池使用周期。
30、(4)本专利技术使用自适应蒙特卡洛定位算法，在巡检机器人里程计推算的基础上，利用激光雷达数据信息进行修正，巡检机器人不仅可获得准确的实时定位，帮助巡检机器人在遇到障碍等状况时进行动态调整以实现自主本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，其特征在于，包括巡检路径规划模块、控制模块、定位模块和供电模块，
2.根据权利要求1所述的一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，其特征在于，所述巡检任务指令通过远程PC下发，所述远程PC与控制模块连接，所述控制模块包括底层控制子模块、编码器、微型PC、激光雷达、摄像头、机械臂上位机及机械臂电机，所述底层控制子模块分别与微型PC和编码器连接，所述微型PC分别与激光雷达和摄像头连接，所述远程PC通过WIFI分别与微型PC和机械臂上位机进行远程通讯，所述机械臂上位机与机械臂电机连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，其特征在于，所述巡检任务包括电气柜门的开合、检查电气柜内情形和上传检查结果。
4.根据权利要求1所述的一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，其特征在于，所述单巡检机器人的巡检路径的生成步骤包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，其特征在于，所述生成巡检机器人的工作地图的具体步骤包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，其特征在于，采用匈牙利算法将所述最佳巡检任务分配给对应的巡检机器人。
8.根据权利要求6所述的一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，其特征在于，所述多巡检机器人的巡检路径的生成步骤还包括：
9.根据权利要求1所述的一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，其特征在于，所述定位算法为自适应蒙特卡洛定位算法。
10.根据权利要求1所述的一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，其特征在于，还包括与控制模块连接的UART和Wi-Fi，所述控制模块通过UART发送数据到Wi-Fi，同时接收Wi-Fi发回的数据，以根据发回的数据控制巡检机器人各个模块的启动和休眠。
...【技术特征摘要】
1.一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，其特征在于，包括巡检路径规划模块、控制模块、定位模块和供电模块，
2.根据权利要求1所述的一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，其特征在于，所述巡检任务指令通过远程pc下发，所述远程pc与控制模块连接，所述控制模块包括底层控制子模块、编码器、微型pc、激光雷达、摄像头、机械臂上位机及机械臂电机，所述底层控制子模块分别与微型pc和编码器连接，所述微型pc分别与激光雷达和摄像头连接，所述远程pc通过wifi分别与微型pc和机械臂上位机进行远程通讯，所述机械臂上位机与机械臂电机连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，其特征在于，所述巡检任务包括电气柜门的开合、检查电气柜内情形和上传检查结果。
4.根据权利要求1所述的一种基于协同优化的变电站室外自主巡检机器人，其特征在于，所述单巡检机器人的巡检路径的生成步骤包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于协同优化的变电...
【专利技术属性】
技术研发人员：李万里，张威，韩菲，乐子奕，徐君磊，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：
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