基于3D实景地图和电子罗盘的巡检机器人路径优化控制器的制作方法

本发明涉及一种巡检机器人路径优化控制器，尤其涉及一种基于3d实景地图和电子罗盘定位技术的变电站主控室巡检机器人路径优化控制器及控制方法，属于机器人避障路线选择优化控制技术领域。

背景技术：

当下变电站智能机器人巡检系统已经开始实际应用于中国各省市的电力生产过程中，但在实际应用中机器人无法在变电站主控室进行自动巡检。其原因是目前常用的变电站巡检机器人地图及路径控制系统均无法实时自动调整，以适应巡检机器人作业场景的动态变更。

有鉴于此，有必要提供一种基于3d实景地图和电子罗盘定位技术的变电站主控室巡检机器人路径优化控制器及控制方法，以解决上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于3d实景地图和电子罗盘定位技术的变电站主控室巡检机器人路径优化控制器及控制方法，采用基于3d实景地图和电子罗盘定位技术构成的变电站主控室二维定位坐标系统，同时结合电站主控室智能巡检机器人障碍检测系统，动态比对上述两个系统的数据计算并优化机器人的进行路径，从而动态实时的适应机器人周边作业环境的改变。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：基于3d实景地图和电子罗盘的巡检机器人路径优化控制器，其特征在于，包括变电站主控室实景3d地图模块、机器人电子罗盘定位模块、机器人电子罗盘定位修正模块、障碍检测模块、机器人行进蔽障及路径优化模块，其中：

所述变电站主控室实景3d地图模块，用于构建变电站主控室实景3d地图，同时定义一个二维坐标系，标定实景3d地图中各个物体的坐标点，并在关键坐标点预先装设基于rfid技术的电子标签；

所述机器人电子罗盘定位模块，首先通过在机器人本体装设的电子罗盘得到机器人正面所对的方向角度，获得机器人前进的方向角度信息，再根据装设在机器人行进轮伺服电机上的电子计数器，获得机器人行进轮向前或向后旋转的圈数，结合机器人行进轮的周长，计算得到机器人行进的距离信息；最后通过将上述方向角度信息和行进的距离信息的叠加到基于变电站主控室实景3d地图的二维坐标系中，完成机器人定位，并让机器人的坐标计算原点和变电站主控室实景3d地图坐标系原点同步；

所述机器人电子罗盘定位修正模块，该模块根据在变电站主控室实景3d地图坐标系中关键坐标预先装设基于rfid技术的电子标签，通过机器人自身携带的rfid电子标签读取器，读取该关键坐标的rfid技术的电子标签信息，判断机器人电子罗盘定位模块计算得到的机器人定位坐标是否与rfid电子标签所标记的关键坐标一致；如果一致则不用矫正机器人电子罗盘定位系统参数，如果不一致则根据关键坐标位置矫正机器人电子罗盘定位系统参数，并根据电子罗盘定位系统新参数修正机器人姿态；

所述障碍检测模块，通过机器人自身携带的障碍检测模块，实时监测和发现机器人作业环境中动态出现的障碍物，测量出障碍物到机器人的距离和方位；

所述机器人行进蔽障及路径优化模块，该模块根据机器人障碍检测模块反馈的机器人作业环境中动态出现的障碍物信息，包括障碍物离机器人的距离方位，以及机器人在变电站主控室二维定位坐标系中的当前坐标和姿态，在3d实景地图上标记出机器人的位置信息点；通过比对机器人反馈障碍物信息，模块首先判断该障碍物是固有的还是新增加的，如是固有的就按照原预设的路径调整机器人的行进方向按原路径巡检，如果是新增加的模块就根据机器人在3d实景地图的位置信息点查找周围环境信息，计算可行的新的路径避开障碍物，并计算新的路径到达下一个机器人巡检点的路径开销优化机器人的路径。

进一步地，所述关键坐标点包括地图物理边界、道路拐点。

本发明还提供基于3d实景地图和电子罗盘的巡检机器人路径优化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：构建变电站主控室实景3d地图，同时定义一个二维坐标系，标定实景3d地图中各个物体的坐标点，并在关键坐标点预先装设基于rfid技术的电子标签；

步骤2：通过机器人电子罗盘定位模块，获得机器人前进的方向角度信息和行进的距离信息，叠加到基于变电站主控室实景3d地图的二维坐标系中，完成机器人定位，并让机器人的坐标计算原点和变电站主控室实景3d地图坐标系原点同步；

步骤3：通过机器人电子罗盘定位修正模块，判断机器人电子罗盘定位模块计算得到的机器人定位坐标是否与rfid电子标签所标记的关键坐标一致，如果不一致则根据关键坐标位置矫正机器人电子罗盘定位系统参数，并根据电子罗盘定位系统新参数修正机器人姿态；

步骤4：通过机器人自身携带的障碍检测模块4，实时监测和发现机器人作业环境中动态出现的障碍物，测量出障碍物到机器人的距离和方位；

步骤5：通过机器人行进蔽障及路径优化模块，该模块根据机器人障碍检测系统反馈的机器人作业环境中动态出现的障碍物信息，包括障碍物离机器人的距离方位，以及机器人在变电站主控室二维定位坐标系中的当前坐标和姿态，在3d实景地图上标记出机器人的位置信息点；通过比对机器人反馈障碍物信息，该模块首先判断该障碍物是固有的还是新增加的，如是固有的就按照原预设的路径调整机器人的行进方向按原路径巡检，如果是新增加的系统就根据机器人在3d实景地图的位置信息点查找周围环境信息，计算可行的新的路径避开障碍物，并计算新的路径到达下一个机器人巡检点的路径开销优化机器人的路径。

进一步地，步骤1中所述的关键坐标点包括地图物理边界、道路拐点。

进一步地，步骤2中所述的机器人电子罗盘定位模块的实现方法包括：该模块首先通过在机器人本体装设的电子罗盘得到机器人正面所对的方向角度，获得机器人前进的方向角度信息；再根据装设在机器人行进轮伺服电机上的电子计数器，获得机器人行进轮向前或向后旋转的圈数，结合机器人行进轮的周长，计算得到机器人行进的距离信息；最后通过将上述方向角度信息和行进的距离信息叠加到基于变电站主控室实景3d地图的二维坐标系中，完成机器人定位。

进一步地，步骤3中所述机器人电子罗盘定位修正模块的实现方法包括：根据步骤1中在变电站主控室实景3d地图坐标系中关键坐标预先装设的基于rfid技术的电子标签，通过机器人自身携带的rfid电子标签读取器，读取该关键坐标的rfid技术的电子标签信息，判断机器人电子罗盘定位模块计算得到的机器人定位坐标是否与rfid电子标签所标记的关键坐标一致；如果一致就不用矫正机器人电子罗盘定位系统参数，如果不一致则根据关键坐标位置矫正机器人电子罗盘定位系统参数，并根据电子罗盘定位系统新参数修正机器人姿态，弥补机器人的定位计算误差。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：解决了变电站巡检机器人无法针对变电站主控室环境多变的特点，实时自动调整其作业路径，动态适应巡检机器人作业场景的变更的问题。本发明可基于3d实景地图和电子罗盘定位技术构成变电站主控室二维定位坐标系统，并同巡检机器人的障碍检测系统和变电站主控室二维定位坐标系进行比对，优化行进路径选择避障路线。

附图说明

图1是本发明实施例提供的巡检机器人路径优化控制器的构成示意图。

图2是本发明实施例提供的巡检机器人路径优化控制器的使用布局示意图。

附图中的符号说明：1-电子罗盘，2-电子计数器，3-rfid电子标签读取器，4-障碍检测模块，5-rfid电子标签读取范围，6-基于rfid技术的电子标签，7-变电站主控室设备屏，8-机器人行进路线，9-在3d实景地图上叠加的二维坐标系。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

本发明提供的一种基于3d实景地图和电子罗盘定位技术的变电站主控室巡检机器人路径优化控制器及控制方法，可基于3d实景地图和电子罗盘定位技术构成变电站主控室二维定位坐标系统，并同时结合电站主控室智能巡检机器人障碍检测系统，动态比对上述两个系统的数据计算并优化机器人的进行路径，从而动态实时的适应机器人周边作业环境的改变。

如图1及图2所示，本发明实施例提供基于3d实景地图和电子罗盘定位技术的变电站主控室巡检机器人路径优化控制器，主要包括变电站主控室实景3d地图模块、机器人电子罗盘定位模块、机器人电子罗盘定位修正模块、障碍检测模块4、机器人行进蔽障及路径优化模块，以下详细描述各个组件：

变电站主控室实景3d地图模块。所述变电站主控室实景3d地图模块构建变电站主控室实景3d地图，同时定义一个二维坐标系，标定实景3d地图中各个物体的坐标点，并在关键坐标(如地图物理边界、道路拐点等)预先装设基于rfid技术的电子标签。

机器人电子罗盘定位模块。该模块首先通过在机器人本体装设的电子罗盘1得到机器人正面所对的方向角度，获得机器人前进的方向角度信息。再根据装设在机器人行进轮伺服电机上的电子计数器2，获得器人行进轮向前(正数计数)或向后(负数计数)旋转的圈数，结合机器人行进轮的周长，计算得到机器人行进的距离信息。最后通过将上述方向角度信息和行进的距离信息的叠加到基于变电站主控室实景3d地图的二维坐标系中，完成机器人定位。同时必须让机器人的坐标计算原点和变电站主控室实景3d地图坐标系原点同步。

机器人电子罗盘定位修正模块。该模块根据在变电站主控室实景3d地图坐标系中关键坐标预先装设基于rfid技术的电子标签6，通过机器人自身携带的rfid电子标签读取器3，读取该关键坐标的rfid技术的电子标签信息，判断机器人电子罗盘定位模块计算得到的机器人定位坐标是否与rfid电子标签所标记的关键坐标一致。如果一致不用矫正机器人电子罗盘定位系统参数，如果不一致则根据关键坐标位置矫正机器人电子罗盘定位系统参数，并根据电子罗盘定位系统新参数修正机器人姿态。弥补因机器人行进路面不平整等外界影响带来的定位计算误差。

障碍检测模块4。通过机器人自身携带的障碍检测模块4，实时监测和发现机器人作业环境中动态出现的障碍物，测量出障碍物到机器人的距离和方位(角度)。

机器人行进蔽障及路径优化模块。该模块根据机器人障碍检测系统反馈的机器人作业环境中动态出现的障碍物信息，包括障碍物离机器人的距离方位(角度)，以及机器人在变电站主控室二维定位坐标系中的当前坐标和姿态(机器人正面所对的方向角度)，在3d实景地图上标记出机器人的位置信息点。通过比对机器人反馈障碍物信息，系统首先判断该障碍物是固有的还是新增加的。如是固有的就按照原预设的路径调整机器人的行进方向按原路径巡检，如果是新增加的系统就根据机器人在3d实景地图的位置信息点查找周围环境信息，计算可行的新的路径避开障碍物，并计算新的路径到达下一个机器人巡检点的路径开销优化机器人的路径。

本发明实施例提供的基于3d实景地图和电子罗盘定位技术的变电站主控室巡检机器人路径优化控制器，所述控制器采取的控制方法，包括如下步骤：

步骤1：构建变电站主控室实景3d地图，同时定义一个二维坐标系，标定实景3d地图中各个物体的坐标点，并在关键坐标点(如地图物理边界、道路拐点等)预先装设基于rfid技术的电子标签。

步骤2：通过机器人电子罗盘定位模块，获得机器人前进的方向角度信息和行进的距离信息，叠加到基于变电站主控室实景3d地图的二维坐标系中，完成机器人定位，并让机器人的坐标计算原点和变电站主控室实景3d地图坐标系原点同步。

所述机器人电子罗盘定位模块的实现方法包括：该模块首先通过在机器人本体装设的电子罗盘1得到机器人正面所对的方向角度，获得机器人前进的方向角度信息；再根据装设在机器人行进轮伺服电机上的电子计数器2，获得机器人行进轮向前(正数计数)或向后(负数计数)旋转的圈数，结合机器人行进轮的周长，计算得到机器人行进的距离信息。最后通过将上述方向角度信息和行进的距离信息叠加到基于变电站主控室实景3d地图的二维坐标系中，完成机器人定位。

步骤3：通过机器人电子罗盘定位修正模块，判断机器人电子罗盘定位模块计算得到的机器人定位坐标是否与rfid电子标签所标记的关键坐标一致。如果不一致则根据关键坐标位置矫正机器人电子罗盘定位系统参数，并根据电子罗盘定位系统新参数修正机器人姿态。

所述机器人电子罗盘定位修正模块的实现方法包括：根据步骤1中在变电站主控室实景3d地图坐标系中关键坐标预先装设的基于rfid技术的电子标签6，通过机器人自身携带的rfid电子标签读取器3，读取该关键坐标的rfid技术的电子标签信息，判断机器人电子罗盘定位模块计算得到的机器人定位坐标是否与rfid电子标签所标记的关键坐标一致。如果一致就不用矫正机器人电子罗盘定位系统参数，如果不一致则根据关键坐标位置矫正机器人电子罗盘定位系统参数，并根据电子罗盘定位系统新参数修正机器人姿态。弥补因机器人行进路面不平整等外界影响带来的定位计算误差。

步骤4：通过机器人自身携带的障碍检测模块4，实时监测和发现机器人作业环境中动态出现的障碍物，测量出障碍物到机器人的距离和方位(角度)。

步骤5：通过机器人行进蔽障及路径优化模块，该模块根据机器人障碍检测系统反馈的机器人作业环境中动态出现的障碍物信息，包括障碍物离机器人的距离方位(角度)，以及机器人在变电站主控室二维定位坐标系中的当前坐标和姿态(机器人正面所对的方向角度)，在3d实景地图上标记出机器人的位置信息点。通过比对机器人反馈障碍物信息，该模块首先判断该障碍物是固有的还是新增加的。如是固有的就按照原预设的路径调整机器人的行进方向按原路径巡检，如果是新增加的系统就根据机器人在3d实景地图的位置信息点查找周围环境信息，计算可行的新的路径避开障碍物，并计算新的路径到达下一个机器人巡检点的路径开销优化机器人的路径。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。