专利名称：一种管道巡检机器人自主巡径算法及具有该算法的机器人的制作方法
技术领域：
本发明属于管道巡视监测领域，尤其涉及一种管道巡检机器人自主巡径算法及具有该算法的机器人。
背景技术：
管道是保障能源和信号线路与外界有效隔离，防止外力侵袭，保证安全传输的重要设施，随着信息社会的发展以及能源需求的增加，智能电网已经开始进入人们的生活，除了在地面上进行电力架线和传输之外，在底下也开拓了智能电网的传输路径，通过在地下设立各种电力传输管道，不但可以实现电力信号的传输，而且有效提高了资源的利用率。同时，将电力线放置到地下管道中，不会带来视觉上的走线乱，使用中的危险性高的问题。随着智能电网产业的发展，现代城市的管道网络错综复杂，管道网络近乎迷宫，不可能通过人 力完成对管道中电缆的巡检，给维护带来极大不便，因此利用管道机器人对通讯电缆、地下电缆进行巡检维护已经成为一种共识。但如何使得机器人能够实现自动巡径，这就需要对迷宫算法进行研究。现有机器人迷宫控制策略主要为左手法则(Left Hand Rule)和右手法则(RightHand Rule)。左手法则的技术特点是1、机器人执行左转的优先级高于直行或右转；2、机器人执行直行的优先级高于右转。机器人在迷宫管道中巡径时，如果遇到“十字路口”(即有左转、直行和右转)，机器人会左转；如果遇到“直行或右转路口”，机器人会直行；只有遇到“右转路口”，机器人才右转。一句话就是，执行左手法则的机器人永远是沿着左侧走。如果管道包括多条首尾依次相互连通的分支管道，该分支管道围成一个多边形结构，且管道的出口不是设置在多边形结构围成的空间内，机器人最终可以顺利的从起点走到终点。同理，右手法则的技术特点是1、机器人执行右转的优先级高于直行或左转；2、机器人执行直行的优先级高于左转。以上这两种控制策略的执行效果如图I所示。图中所示细实线为纵横交错的管道，而且分别表明了管道的入口和出口位置，所示虚线即为左手法则控制的机器人在管道中的巡视或行进路线，所示双点划线为右手法则控制的机器人在管道中的巡视或者行进路线，但是当遇到管道包括多条首尾依次相互连通的分支管道，该分支管道围成一个多边形结构，且管道的出口设置在多边形结构围成的空间内时，如图2所示，此时不论控制策略是左手法则还是右手法则，机器人最终还是会回到管道的入口，进而无法找到管道的出口，从而无法完成对管道内电缆的巡检。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中当所要巡检的管道包括多条首尾依次相互连通的分支管道，该分支管道围成一个多边形结构，且管道的出口设置在多边形结构围成的空间内时，巡线机器人根据左手法则或右手法则控制策略无法完成对管道内电缆进行巡检的技术问题，提供一种迷宫管道机器人自主巡径算法，通过该算法可实现巡线机器人对该管道的巡检。本发明提供一种管道巡检机器人自主巡径算法，所述管道包括多条首尾依次相互连通的分支管道，多条所述分支管道围成一个多边形结构，且管道的出口设置在多边形结构围成的空间内，其特征在于，所述管道巡检机器人自主巡径算法包括以下步骤步骤一，记录所述机器人经过每个路口时的行进方向并形成由字母组成的第一路径数组，其中，如果所述机器人在路口左转则记录一个字母“L”，如果所述机器人在路口右转则记录一个字母“R”，如果所述机器人在路口直行则记录一个字母“S”，如果所述机器人调头时则记录一个字母“U”，最后所记录的字母按照机器人的行走顺序形成所述第一路径数组；步骤二，根据机器人巡径控制策略简化第一路径数组并形成第二路径数组，其中，当所述控制策略为左手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUL”或“LUS”用字母“R”替代、字母组合“LUL”用“S”替代，形成所述第二路径数组；当所述控制策略为右手法则时， 将第一路径数组中的字母组合“SUR”或“RUS”用字母“L”替代、字母组合“RUR”用S替代，形成所述第二路径数组；同时，存储所述第二路径数组；步骤三，控制所述机器人按照第二路径数组对所述管道进行巡径，并对第二路径数组中的标示进行修改，按照修改后的标示行进直至走出所述出口，对所述整个行进线路进行记录形成第三路径数组；步骤四，存储第三路径数组，同时控制所述机器人按照所述第三路径数组对所述管道进行下一次的巡径。优选地，所述步骤三中，控制策略为左手法则时，步骤三具体包括以下步骤31、控制机器人按照原始的第二路径数组对所述管道进行巡径，当遇到所述第二路径数组中第N个标为“L”或“S”的路口时，将所述标示“L”修改为“S”或“R”，或将标示“S”修改为“R”，并控制机器人在该修改标示的路口按照修改后的标示行进，并在所述修改标示的路口后面的管道路径中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行进；32、若该次巡径到达所述出口，则记录该次巡径中经过每个路口的行进方向，形成所述第三组路径数组；若否，N累加1，并返回步骤31 ；其中所述N为整数，N的初始值为1，N的最大值为第二路径数组中字母“L”与“S”的个数和。优选地，所述步骤三中，控制策略为右手法则时，步骤三具体包括以下步骤31’、控制所述机器人按照原始的第二路径数组对所述管道进行巡径，当遇到所述第二路径数组中第M个标示为“R”或“S”的路口时，将所述标示R修改为“S”或“L”，或将标示“S”修改为“L”，控制机器人在该修改标识的路口按照修改后的标示行进，并在所述修改标示的路口后面的管道路径中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行进；32’、若该次巡径到达所述出口，则记录该次巡径中经过每个路口的行进方向，形成所述第三组路径数组；若否，M累加1，并返回步骤31’ ；其中所述M为整数，M的初始值为1，M的最大值为第二路径数组中字母“R”与“S”的个数和。优选地，所述步骤二中，当所述控制策略为左手法则时对第一路径数组的具体简化控制方法为步骤S100，在第一路径数组中，从第一个字母开始依次查找字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”，当查找到第一个字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，停止继续查找并将字母组合“SUL”或“LUS”替换为“R”，或将字母组合“LUL”替换为“S” ；步骤S110，重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL” ；当再次查找到第一个字母组合“ SUL”、“ LUS ”或“ LUL”时，停止继续查找并将字母组合“ SUL”或“LUS”替换为“R”，或将字母组合“LUL”替换为“S” ；步骤S120，重复步骤S110，直到所述第一路径数组中无字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，结束查找，并将第一路径数组简化后最终形成的路径数组作为第二路径数组。优选地，所述步骤二中，当所述控制策略为右手法则时对第一路径数组的具体简化控制方法为
步骤S200，在第一路径数组中，从第一个字母开始依次查找字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”，当查找到第一个字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，停止继续查找并将字母组合“SUR”或“RUS”替换为“L”，或将字母组合“RUR”替换为“S” ；步骤S210，重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR” ；当再次查找到第一个字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，停止继续查找并将字母组合“SUR”或“RUS”替换为“L”，或将字母组合“RUR”替换为“S” ；步骤S220，重复步骤S210，直到所述第一路径数组中无字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，结束查找，并将第一路径数组简化后最终形成的路径数组作为第二路径数组。优选地，在所述步骤二中，分析第一路径数组中的字母组成，当第一路径数组中包含字母“L”时，所述机器人的巡径控制策略为左手法则。优选地，在所述步骤二中，分析第一路径数组中的字母组成，当第一路径数组中包含字母“R”时，所述机器人的巡径控制策略为右手法则。优选地，所述机器人进入管道的入口后即开始记录第一路径数组，返回所述迷宫管道的入口时结束记录第一路径数组。优选地，所述控制器具有上述任意一项权利要求所述的管道巡检机器人自主巡径算法。优选地，所述控制器按照第三路径数组控制所述机器人对所述管道进行巡径。以上所述技术方案，机器人在第一次巡径时按照左手法则或者右手法则的控制形成第一路径数组，当控制策略为左手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUL”或“LUS”用字母“R”替代、字母组合“LUL”用“S”替代；当控制策略为右手法则时，将第一路径数组中的字母组合“ SUR”或“ RUS ”用字母“ L”替代、字母组合“ RUR”用S替代，最终形成简化后的第二路径数组；并将第二路径数组中有多余方向没有经历的路口进行标示变换，之后按照左手法则或右手法则重新控制机器人走出出口，并形成第三路径数组，该第三路径数组所指示的路线即为对该管道的巡径路线，可控制机器人在下一次按照第三路径数组对所述管道进行巡径，实现了管道机器人对管道的巡径。
图I是现有技术一种实施例的管道机器人自主巡径示意图。
图2是本发明一种实施例的管道机器人按照左手法则在路口直行示意图。图3是本发明一种实施例的管道机器人按照左手法则在管道尽头调头示意图。图4是本发明一种实施例的管道机器人按照左手法则在路口左转示意图。图5是本发明一种实施例的管道机器人按照左手法则在下一个路口左转示意图。图6是本发明一种实施例的管道机器人按照左手法则在该管道尽头调头示意图。图7是本发明一种实施例的管道机器人按照左手法则在图5所示的路口左转示意图。图8是本发明一种实施例的管道机器人按照左手法则调头示意图。
图9是本发明一种实施例的管道机器人按照左手法则左转示意图。图10是本发明一种实施例的管道机器人按照左手法则左转并走到出口示意图。图11是本发明一种实施例的管道机器人最佳巡径线路示意图。图12是本发明第二种实施例的管道机器人按照右手法则在路口右转示意图。图13是本发明第二种实施例的管道机器人按照右手法则在下一路口右转示意图。图14是本发明第二种实施例的管道机器人按照右手法则在图13所示的路口右转示意图。图15是本发明第二种实施例的管道机器人按照右手法则右转示意图。图16是本发明第二种实施例的管道机器人按照右手法则在最后一个路口右转示意图。图17是本发明第二种实施例的管道机器人按照右手法则直行示意图。图18是本发明第二种实施例的管道机器人最佳巡径线路示意图。图19是现有技术中另一种实施例的管道机器人自主巡径示意图。图20是图19中按照左手法则简化后的管道机器人巡径线路示意图。图21是图20中按照本发明控制的管道机器人的一种巡径线路示意图。图22是图20中按照本发明控制的管道机器人的另一种巡径线路示意图。图23是图20中按照本发明控制的管道机器人的第三种巡径线路示意图。图24是图19中按照右手法则简化后的管道机器人巡径线路示意图。图25是图24中按照本发明控制的管道机器人的一种巡径线路示意图。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图I所示，现有机器人巡径过程中采用的控制策略为左手法则或者右手法，该控制策略所控制的机器人行进路线并不是最优的路线，图中所示的最优路线应为粗实线所示的路线，因此本发明将会对原有的控制策略进行优化，能够实现管道机器人最优巡径路线的优化和选择。具体优化方法包括以下步骤第一，记录机器人经过每个路口时的行进方向并形成由字母组成的第一路径组数，其中，如果所述机器人在相应路口左转则记录一个字母“L”，如果所述机器人在相应路口右转则记录一个字母“R”，如果所述机器人在相应路口直行则记录一个字母“S”，如果所述机器人调头时则记录一个字母“U”，最后所记录的字母按照机器人的行走顺序形成第一路径数组；上面所述的“路口 ”的概念是指排除迷宫管道的入口和出口，机器人在迷宫管道中可以有一个以上行进方向选择的位置称为路口，也包括管道死胡同处调头的地方。第二，根据机器人巡径控制策略简化第一路径数组并形成第二路径数组，其中，这里所说的控制策略是指在上述形成第一路径数组时所采用的控制方式，可以分为左手法则和右手法则。当控制策略为左手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUL”或“LUS”用字母“R”替代、字母组合“LUL”用“S”替代，并形成第二路径数组；当控制策略为右手法则时，将第一路径数组中的字母组合“ SUR”或“ RUS ”用字母“ L ”替代、字母组合“ RUR”用S替代并形成第二路径数组；存储所述第二路径数组，并控制所述机器人按照所述第二路径数组对该迷宫管道进行下一次的巡径。结合图2—图10所示，图中所示的迷宫管道机器人的控制策略为左手法则，机器人第一次穿越该迷宫时，即采用“左手法则”策略来控制其行进路线，在管道巡径的过程中，沿途将碰到有一些路口，机器人内部的控制器每通过一个路口的方向进行记录。 如果2所示，机器人沿图示中迷宫管道的入口进入，然后遇到了第一个路口一直行或右转路口。根据“左手法则”，机器人将直行。此时机器人将记录字符“S”并按照先后顺寻存储在第一路径数组中。如图3所示，机器人继续前进就会遇到第二个路口一死胡同或者非目的出口，这个时候，机器人必须调头，即机器人从左到右旋转并调头，即按照逆时针方向进行调头，同时及记录字符“U”并将其按照先后顺序送入第一路径数组，此时第一路径数组为“SU”。如图3所示，我们可以看出机器人每记录一个死胡同类型的路口，就意味着机器人走了错误路线，这就给我们下一步的优化提供了参考。如图4所示，机器人调头后，又回到了刚才经过的路口，此时根据左手法则，机器人将左转，同时及记录字符“L”并将其按照先后顺序送入第一路径数组，此时第一路径数组为 “SUL，，。如图5所示，机器人继续沿着管道直行，就遇到了十字路。根据左手法则将进行左转，同时及记录字符“L”并将其按照先后顺序送入第一路径数组，此时第一路径数组为“SUL”。如图6所示，接下来机器人又遇到刚才所述的死胡同类型的路口，机器人仍旧做掉头动作。同时记录字符“U”并将其按照先后顺序送入第一路径数组，此时第一路径数组为 “ SULLU”。如图7所示，机器人掉头回来再次遇到所述十字路，根据左手法则，机器人将做左转。同时，机器人将在在第一路径数组中记录一个左转字符“L”。这样路径数组中的字符就变成了 “SULLUL”。如图8所示，机器人左转后，第三次遇到了所述的死胡同类型的路口，机器人仍旧做掉头动作。同时记录字符“U”并将其按照先后顺序送入第一路径数组，此时第一路径数组为 “ SULLULU”， 如图9所示，机器人掉头后再次遇到十字路口，根据左手法则将左转。同样机器人在第一路径数组中记录一个字符“L”。此时第一路径数组中的字符就变为“SULLULUL”。
如图10所示，机器人走出“十字路口”后，将遇到左转或直行路口。根据左手法则，机器人将左转。同时在路径数组中记录一个字符“L”。此时机器人已经走到了线迷宫的出口，完成对所述迷宫管道的巡径。因此通过左手法则控制策略所形成的第一次巡径路线的第一路径数组为“SULLULULL”可以分析得到，当机器人第一次掉头回到第一个路口(也是机器人行进过程中的第三个路口)，根据左手法则，机器人将会左转，如图4所示。这时候，机器人将在路径数组中记录一个左转的字符“L”。这样路径数组中的字符就变成了 “SUL”。而最优路径应该是不包含死胡同或者错误出口的，因此在优化过程中应将“SUL”用“R”取代才能避免进入死胡同；同理，如果路径数组中出现字母组合“LUS”，说明该路径中包含了死胡同或者错误出口，也需要在优化过程中将“LUS”用“R”取代。机器人在第一次遇到十字路口时将左转并记录字符“L”，然后机器人进入死胡同需要进行第二次调头并记录字符“L”，调头回来后又遇到十字路口并左转同时记录字符“L”，因此机器人在第一次遇到十字路口时不应该左转，而是应该直行，这样才可以避免死胡同。所以在第一路径数组中的字母组合“LUL”就应该被直行字符“S，，所取代，这就代表 机器人再次穿越这个迷宫时，遇到第一个十字路口将直行。因此，当所述控制策略为左手法则时对第一路径数组的具体简化控制方法为在第一路径数组中，从第一个字母开始依次查找字母组合“SUL”或“LUS”或“LUL”，当查找到第一个字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，停止继续查找并将字母组合“SUL”或“LUS”替换为“R”，或将字母组合“LUL”替换为“S”。重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUL”或“LUS”或“LUL” ；当再次查找到第一个字母组合“SUL”或“LUS”或“LUL”，停止继续查找并将字母组合“SUL”或“LUS”替换为“R”，或将字母组合“LUL”替换为“S”。重复以上查找方法，直到在上述路径数组中查找不到字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，结束查找，并将最后形成的路径数组作为第二路径数组。即以上第一次巡径过程中记录的第一路径数组为“SULLULULL”，首先从第一个字母开始依次查找字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”，当查找到第一个字母组合“SUL”时，停止继续查找并将字母组合“SUL”替换为“R”，第一路径数组变为“RLULULL” ;重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”;当再次查找到第一个字母组合“LUL”时，停止继续查找并将字母组合“LUL”替换为“S”，此时第一路径数组变为“RSULL” ；继续重复以上查找，又一次查找到字母组合“SUL”，此时停止查找，并将“SUL”替换为“R”，直到在所述第一路径数组中查不到字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时终止查找并最终简化为第二路径数组“ RRL ”。如图11所示，当机器人再次穿越这个迷宫管道时，机器人就不再遵循左手法则，而且按照控制器计算的第二路径数组中的字符的提示来完成对机器人的控制。这个路径，也就是图11中所示的实线路径是整个迷宫中最短的路径，也就是最佳路径。结合图12—图18所示，本发明提供另一种实施例中迷宫管道机器人自主巡径算法，图12—图18中所示的迷宫管道机器人的控制策略为右手法则，机器人第一次穿越该迷宫时，即采用“右手法则”策略来控制其行进路线，在管道巡径的过程中，沿途将碰到有一些路口，机器人内部的控制器将每通过一个路口的方向进行记录。
根据上述的左手法则的控制实施例，本实施例中机器人从迷宫管道入口到出口的控制路径，即第一路径数组为“RRURURRUS”。经过分析，本实施例中，机器人在第一次遇到十字路口时不应该右转，而是应该直行，这样才可以避免死胡同。所以在第一路径数组中的字母组合“RUR”就应该被直行字符“S”所取代；机器人在第一次遇到右转、调头、直行或者直行、调头、右转的路段时，说明机器人遇到了调头，走了错误的路线，因此即遇到“RUS”或者“SUR”路段时，应当在遇到该路段所处的路口时就左转，即“RUS”或者“SUR”应当优化为“L”，用字符“L”取代字母组合“RUS”或“SUR”。本实施例中所述的调头是指机器人按照顺时针方向调头。因此，当所述控制策略为右手法则时对第一路径数组的具体简化控制方法为在第一路径数组中，从第一个字母开始依次查找字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”，当查找到第一个字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，停止继续查找并将字母组合“SUR”或“RUS”替换为“L”，或将字母组合“RUR”替换为“S” ；
重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”;当再次查找到第一个字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，停止继续查找并将字母组合“SUR”或“RUS”替换为“L”，或将字母组合“RUR”替换为“S” ；重复上述查找方法，直到在上述路径数组中查找不到字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，结束查找，并将最后形成的路径数组作为第二路径数组。上述实施例中，通过以上优化方法，所述的第一路径数组“RRURURRUS”组中优化为“RLL”，如图18所示，该路径即为本实施中的机器人的最佳巡视路线。如图18所示，当机器人再次穿越这个迷宫管道时，机器人就不再遵循右手法则，而且按照控制计算的第二路径数组中的字符的提示来完成对机器人的控制。这个路径，也就是图18中所示的实线路径是整个迷宫中最短的路径，也就是最佳路径。尽管通过以上方式可以现实对管道机器人巡径路线的优化，但遇到所述管道包括多条首尾依次相互连通的分支管道，该分支管道围成一个多边形结构，且管道的出口设置在多边形结构围成的空间内时，不论对左手法则还是右手法则形成的线路进行优化，所述管道机器人结果都是回到原来的入口处，并不能找到管道的出口，因此即使通过以上控制方法对所述巡径路线进行优化，也不能帮助机器人走出管道的出口，因此作为本发明的另一种实施例，本发明提供一种管道机器人自主巡径算法，可实现管道机器人顺利找到该管道的出口，完成对该种管道的巡径。以下所述的管道是指包括多条首尾依次相互连通的分支管道，该分支管道围成一个多边形结构，且管道的出口设置在多边形结构围成的空间内。本发明提供的管道机器人的自主巡径算法包括以下步骤，首先根据以上方法对所述管道机器人的第一次的巡径路线进行优化，即步骤一，记录机器人经过每个路口时的行进方向并形成由字母组成的第一路径数组，其中，如果所述机器人在相应路口左转则记录一个字母“L”，如果所述机器人在相应路口右转则记录一个字母“R”，如果所述机器人在相应路口直行则记录一个字母“S”，如果所述机器人调头时则记录一个字母“U”，最后所记录的字母按照机器人的行走顺序形成所述
第一路径数组。步骤二，根据机器人巡径控制策略简化第一路径数组并形成第二路径数组，其中，当控制策略为左手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUL”或“LUS”用字母“R”替代、字母组合“LUL”用“S”替代，并形成所述第二路径数组；当控制策略为右手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUR”或“RUS”用字母“L”替代、字母组合“RUR”用S替代并形成所述第二路径数组；同时，存储所述第二路径数组。然后所述巡径算法又包括以下步骤步骤三，控制所述机器人按照第二路径数组对所述管道重新进行巡径。若控制策略为左手法则，则按照第二路径数组的指示行进到标示为L的路口时直行或右转，或者行进到标示为S的路口时右转，其后按照左手法则或右手法则控制机器人继续行进直到走出所述出口并对所述整个行进线路进行记录形成第三路径数组；若控制策略为右手法则，则按照第二路径数组的指示行进到标示为R的路口时直行或左转，或者行进到标示为S的路口时左转，其后按照左手法则或右手法则控制机器人继续行进直到走出所述出口并对所述整个行进线路进行记录形成第三路径数组； 步骤四，存储第三路径数组，同时控制所述机器人按照所述第三路径数组对该管道进行下一次的巡径。作为本发明的一种优选实施例，所述步骤三中，控制策略为左手法则时，31，控制所述机器人第N次按照第二路径数组对所述管道重新进行巡径，在巡径过程中，当遇到第N个标示为“L”或“S”的路口时，将所述标示“L”修改为“S”或“R”，或将标示“S”修改为“R”，控制机器人在该路口按照修改后的标示行进，同时在其后的控制过程中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行进，同时记录整个行进过程中每个路口的行进方向；，32，若到达所述出口则完成本次巡径并记录该次巡径中经过每个路口的行进方向形成所述第三组路径数组；若否，N累加1，并返回31 ；其中所述N为整数，N的初始值为1，N的最大值为第二路径数组中字母“L”与“S”的个数和。控制策略为右手法则时，31’，控制所述机器人第M次按照第二路径数组对所述管道重新进行巡径，在巡径过程中，当遇到第M个标示为“R”或“S”的路口时，将所述标示L修改为“S”或“L”，或将标示“S”修改为“L”，控制机器人在该路口按照修改后的标示行进，同时在其后的控制过程中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行进，同时记录整个行进过程中每个路口的行进方向；32’，若到达所述出口则完成本次巡径并记录该次巡径中经过每个路口的行进方向形成所述第三组路径数组；若否，M累加1，并返回31’，；其中所述M为整数，M的初始值为1，M的最大值为第二路径数组中字母“R”与“S”的个数和。下面结合附图，对本发明中的管道机器人巡径算法作进一步的详述。如图19所示，图示给出了一种管道，所述管道包括多条首尾依次相互连通的分支管道，该分支管道围成一个多边形结构，且管道的出口设置在多边形结构围成的空间内，所述管道机器人从入口进入，根据左手法则或者右手法则的控制策略对所述管道进行巡径，图中所示的虚线路径即为机器人按照左手法则进行巡线的路径，所示的双点划线即为机器人按照右手法则进行巡线的路径，可以得到这两种巡线路径最终都会使得机器人重返所述管道的入口，无法寻找到管道的出口，因此无法完成对所述管道的巡径。按照上述的控制算法，如图20，根据左手法则的控制策略，机器人的巡警路线为“SLULULSLULULSLULULL”。该巡径路线即为第一路径数组，根据以上所述的优化方法对该路径数组进行优化，优化后形成的第二路径数组为“SRSRSRL”，因此机器人即使根据优化后的路径数组再次对该管道进行巡径仍然不能解决问题，还是会重返管道的入口处，因此这就需要对所述管道的每个路口进行分析，因为采用了左手法则控制策略，那么在第二路径数组中标示为“R”的路口已经没有必要考虑，标示为“ S”的路口还有右向没有走过，而标示为“L”的路口则需要遍历剩余两个方向。当然如果该路口没有剩余方向，直接跳过。因此，控制所述机器人第一次按照第二路径数组对所述管道重新进行巡径，在巡径过程中，当遇到第一个标示为“L”或“S”的路口时，将所述标示“L”修改为“S”或“R”，或将标示“S”修改为“R”，控制机器人在该路口按照修改后的标示行进，同时在其后的控制过程中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行进，同时记录整个行进过程中每个路口的 行进方向；如图21所示，因为第二路径数组为“SRSRSRL”，因此第一个标示为“L”或“S”的路口即为第一个字母“S”，将该标示修改为“R”，即管道机器人在该路口应右转，同时在其后的控制过程中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行进，需要说明的是，在修改标示路口之后的巡径管道中行进可以采用左手或右手法则，这与最初的控制策略为左手或右手法则没有关系。图中所示的虚线巡线线路即为按照左手法则控制策略控制机器人行进的线路，该线路可以顺利抵达出口并记录在该线路中经过每个路口的行进方向形成第三路径数组为“RLL”；图中所示的双点划线巡线线路即为按照右手法则控制策略控制机器人行进的线路，可以看出该巡径路线又会使得机器人重返所述管道的入口，无法走到该管道的出口。假如以上所述的控制算法都没有顺利控制机器人找到管道的出口，那么将控制所述管道机器人第二次按照原始的第二路径数组(即并非在第一次按第二路径数组巡径中经过修改的第二路径数组)重新对所述管道进行巡径，在巡径过程中，当遇到第二个标示为“L”或“S”的路口时，将所述标示“L”修改为“S”或“R”，或将标示“S，，修改为“R”，控制机器人在该路口按照修改后的标示行进，同时在其后的控制过程中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行进，同时记录整个行进过程中每个路口的行进方向。结合图22所示，此时第二路径数组为“SRSRSRL”第二个标示为“L”或“S”的路口即为第二个字母“S”，将该标示修改为“R”，即管道机器人在该路口应右转，同时在其后的控制过程中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行进，图中所示的虚线巡线线路即为按照左手法则控制策略控制机器人行进的线路；图中所示的双点划线巡线线路即为按照右手法则控制策略控制机器人行进的线路，可以看出以上两种控制策略下的巡径线路都会使得机器人重返管道的入口处，无法控制所述管道机器人走到所述管道的出口，因此控制所述管道机器人再一次重新对所述管道进行巡径。即控制所述机器人第三次按照第二路径数组对所述管道重新进行巡径，在巡径过程中，当遇到第三个标示为“L”或“S”的路口时，将所述标示“L”修改为“S”或“R”，或将标示“S，，修改为“R”，控制机器人在该路口按照修改后的标示行进，同时在其后的控制过程中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行进，同时记录整个行进过程中每个路口的行进方向。
如图23所示，第二路径数组为“SRSRSRL”，因此第三个标示为“L”或“S”的路口即为第三个字母“S”，将该标示修改为“R”，即管道机器人在该路口应右转，同时在其后的控制过程中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行进，图中所示的虚线巡线线路即为按照左手法则控制策略控制机器人行进的线路，该线路可以顺利抵达出口并记录在该线路中经过每个路口的行进方向形成第三路径数组为“SRSRR” ；图中所示的双点划线巡线线路即为按照右手法则控制策略控制机器人行进的线路，可以看出该线路可以顺利抵达出口并记录在该线路中经过每个路口的行进方向形成第三路径数组为“SRSRR”。若以上控制过程中还是无法控制所述管道机器人走到管道的出口，则控制所述机器人第N次按照第二路径数组对所述管道重新进行巡径，在巡径过程中，当遇到第N个标示为“ L”或“ S ”的路口时，将所述标示“ L”修改为“ S ”或“ R”，或将标示“ S ”修改为“ R”，控制机器人在该路口按照修改后的标示行进，同时在其后的控制过程中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行进，同时记录整个行进过程中每个路口的行进方向，直到控制所述机器人走到管道的出口，并记录该次巡径中经过每个路口的行进方向形成所述第三组路径数组。 以上实施例中，所述N为整数，N的初始值为1，N的最大值为第二路径数组中字母“L”与“S”的个数和。结合图24所示，给出了按照右手法则控制策略，控制机器人进行自主巡径算法的实施例，本实施例中优化后的第二路径数组为“RLSLSLS”。31’，控制所述机器人第M次按照第二路径数组对所述管道重新进行巡径，在巡径过程中，当遇到第M个标示为“R”或“S”的路口时，将所述标示R修改为“S”或“L”，或将标示“S”修改为“L”，控制机器人在该路口按照修改后的标示行进，同时在其后的控制过程中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行进，同时记录整个行进过程中每个路口的行进方向；32’，若到达所述出口则完成本次巡径并记录该次巡径中经过每个路口的行进方向形成所述第三组路径数组；若否，M累加1，并返回31’ ；其中所述M为整数，M的初始值为1，M的最大值为第二路径数组中字母“R”与“S”的个数和。因此，控制机器人第一次按照第二路径数组巡径时，将第一个标示为“R”的路口修改为“S”，即管道机器人在该路口应直行，同时在其后的控制过程中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行进，结合图25所示，在右手法则的控制下机器人能够顺利走到管道的出口，此时所形成的第三路径数组为“SRRRUSURRRR”。以上所述实施例中，判断所述机器人的控制策略是左手法则还是右手法则，可根据控制器记录的第一路径数组进行判断，分析第一路径数组中的字母组成，当第一路径数组中包含字母“L”时，所述机器人的巡径控制策略为左手法则。同理，当第一路径数组中包含字母“R”时，所述机器人的巡径控制策略为右手法则。以上所述实施例中，对于所述管道，所述机器人进入管道的入口时开始记录第一路径数组，返回所述迷宫管道的出口时结束记录第一路径数组。本发明还提供一种机器人，所述机器人内部具有控制器，所述控制器具有以上所述的迷宫管道机器人自主巡径算法；所述机器人在第一次对管道进行巡径时按照现有的控制策略进行巡径，通过上述的自主巡径算法对所记录的第一路径数组进行优化并形成第二路径数组，并对 所述第二路径数组进行进一步修改形成所述第三路径数组，所述控制器按照第三路径数组控制所述机器人对所述管道进行以后的巡径操作，有效提高了迷宫管道机器人巡径的效率。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种管道巡检机器人自主巡径算法，所述管道包括多条首尾依次相互连通的分支管道，多条所述分支管道围成ー个多边形结构，且管道的出口设置在多边形结构围成的空间内，其特征在于，所述管道巡检机器人自主巡径算法包括以下步骤 步骤一，记录所述机器人经过每个路ロ时的行进方向并形成由字母组成的第一路径数组，其中，如果所述机器人在路ロ左转则记录ー个字母“L”，如果所述机器人在路ロ右转则记录ー个字母“R”，如果所述机器人在路ロ直行则记录ー个字母“S”，如果所述机器人调头时则记录ー个字母“ U”，最后所记录的字母按照机器人的行走顺序形成所述第一路径数组； 步骤ニ，根据机器人巡径控制策略简化第一路径数组并形成第二路径数组，其中，当所述控制策略为左手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUL”或“LUS”用字母“R”替代、字母组合“LUL”用“ S”替代，形成所述第二路径数组；当所述控制策略为右手法则时，将第一路径数组中的字母组合“SUR”或“ RUS”用字母“ L”替代、字母组合“RUR”用S替代，形成所述第二路径数组；同时，存储所述第二路径数组； 步骤三，控制所述机器人按照第二路径数组对所述管道进行巡径，并对第二路径数组中的标示进行修改，按照修改后的标示行进直至走出所述出口，对所述整个行进线路进行记录形成第三路径数组； 步骤四，存储第三路径数组，同时控制所述机器人按照所述第三路径数组对所述管道进行下一次的巡径。
2.根据权利要求I所述的管道巡检机器人自主巡径算法，其特征在于，所述步骤三中，控制策略为左手法则时，步骤三具体包括以下步骤 31、控制机器人按照原始的第二路径数组对所述管道进行巡径，当遇到所述第二路径数组中第N个标为“L”或“ S”的路ロ时，将所述标示“L”修改为“S”或“R”，或将标示“ S”修改为“R”，并控制机器人在该修改标示的路ロ按照修改后的标示行迸，并在所述修改标示的路ロ后面的管道路径中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行迸； 32、若该次巡径到达所述出口，则记录该次巡径中经过每个路ロ的行进方向，形成所述第三组路径数组；若否，N累加1，并返回步骤31 ； 其中所述N为整数，N的初始值为1，N的最大值为第二路径数组中字母“L”与“S”的个数和。
3.根据权利要求I所述的管道巡检机器人自主巡径算法，其特征在于，所述步骤三中，控制策略为右手法则时，步骤三具体包括以下步骤 31’、控制所述机器人按照原始的第二路径数组对所述管道进行巡径，当遇到所述第二路径数组中第M个标示为“R”或“S”的路ロ时，将所述标示R修改为“S”或“L”，或将标示“S”修改为“L”，控制机器人在该修改标识的路ロ按照修改后的标示行进，并在所述修改标示的路ロ后面的管道路径中控制机器人按照左手法则或右手法则继续行迸； 32’、若该次巡径到达所述出ロ，则记录该次巡径中经过每个路ロ的行进方向，形成所述第三组路径数组；若否，M累加1，并返回步骤31’ ； 其中所述M为整数，M的初始值为1，M的最大值为第二路径数组中字母“ R”与“ S”的个数和。
4.根据权利要求I所述的管道巡检机器人自主巡径算法，其特征在于，所述步骤ニ中，当所述控制策略为左手法则时对第一路径数组的具体简化控制方法为 步骤S100，在第一路径数组中，从第一个字母开始依次查找字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”，当查找到第一个字母組合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，停止继续查找并将字母组合“SUL”或“LUS”替换为“R”，或将字母组合“LUL”替换为“S” ； 步骤S110，重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL” ；当再次查找到第一个字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”时，停止继续查找并将字母组合“SUL”或“LUS”替换为“R”，或将字母组合“LUL”替换为“S” ； 步骤S120，重复步骤S110，直到所述第一路径数组中无字母组合“SUL”、“LUS”或“LUL”吋，结束查找，并将第一路径数组简化后最終形成的路径数组作为第二路径数组。
5.根据权利要求I所述管道巡检机器人自主巡径算法，其特征在于，所述步骤ニ中，当所述控制策略为右手法则时对第一路径数组的具体简化控制方法为 步骤S200，在第一路径数组中，从第一个字母开始依次查找字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”，当查找到第一个字母組合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，停止继续查找并将字母组合“SUR”或“RUS”替换为“L”，或将字母组合“RUR”替换为“S，，; 步骤S210，重新从第一个字母开始，再次查找字母组合“SUR”、“RUS”或“ RUR” ；当再次查找到第一个字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”时，停止继续查找并将字母组合“SUR”或“RUS”替换为“L”，或将字母组合“RUR”替换为“S” ； 步骤S220，重复步骤S210，直到所述第一路径数组中无字母组合“SUR”、“RUS”或“RUR”吋，结束查找，并将第一路径数组简化后最終形成的路径数组作为第二路径数组。
6.根据权利要求I所述的管道巡检机器人自主巡径算法，其特征在于，在所述步骤ニ中，分析第一路径数组中的字母组成，当第一路径数组中包含字母“ L”时，所述机器人的巡径控制策略为左手法则。
7.根据权利要求I所述的管道巡检机器人自主巡径算法，其特征在于，在所述步骤ニ中，分析第一路径数组中的字母组成，当第一路径数组中包含字母“R”时，所述机器人的巡径控制策略为右手法则。
8.根据权利要求1-7所述的任意一项管道巡检机器人自主巡径算法，其特征在于，所述机器人进入管道的入口后即开始记录第一路径数组，返回所述迷宫管道的入口时结束记录第一路径数组。
9.一种机器人，所述机器人内部具有控制器，其特征在于，所述控制器具有上述任意一项权利要求所述的管道巡检机器人自主巡径算法。
10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述控制器按照第三路径数组控制所述机器人对所述管道进行巡径。
全文摘要
本发明提供一种管道巡检机器人自主巡径算法，所述管道包括多条首尾依次相互连通的分支管道，该分支管道围成一个多边形结构，且管道的出口设置在多边形结构围成的空间内，所述算法包括步骤一，记录机器人经过每个路口时的行进方向形成第一路径数组；步骤二，优化第一路径数组并形成第二路径数组；步骤三，控制所述机器人按照第二路径数组对所述管道进行巡径，并对第二路径数组中的标示进行修改，按照修改后的标示行进直至走出所述出口，对所述整个行进线路进行记录形成第三路径数组；步骤四，存储第三路径数组，同时控制机器人按照第三路径数组对该管道进行下一次的巡径。
文档编号G05D1/02GK102799178SQ201210226590
公开日2012年11月28日 申请日期2012年7月3日 优先权日2012年7月3日
发明者肖远超, 徐素平 申请人:航天科工深圳(集团)有限公司