变电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法

摘要

本发明属于变电站巡视监测设备领域，具体涉及一种变电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法，包括观测站，巡检机器人，巡检机器人上安装有智能云台，智能云台能够监拍，所述该方法的具体步骤为：1、设定坐标原点和各个被观测仪表的坐标；2、巡检机器人计算自身实时坐标，并推算出智能云台的坐标；3、智能云台根据被测目标的坐标自动导航到目标位置(U,V,W)；4、利用公式分别计算云台水平转动角度P、垂直转动角度T、镜头放大倍率Z；5、抓取仪表图像并把图像实时传回观测站。本发明提出的巡检机器人自动巡检仪表的方法，摒弃了传统的示教方法，增强了巡检机器人巡检过程中更加智能和自主的能力，大大提高了机器人的工作效率和准确性，对后期仪表识别环节有很大的帮助。

权利要求

1.变电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法，包括观测站，巡检机器人，巡检机器人上安装有智能云台，智能云台能够监拍，其特征在于：所述该方法的具体步骤为：

步骤一：建立坐标系，设定坐标原点和测量出被观测仪表的三维坐标；

步骤二：巡检机器人计算自身实时坐标(X,Y,Z)，并推算出智能云台的坐标；

步骤三：智能云台根据被测目标的坐标自动导航到测站位置(U,V,W)；

步骤四：利用公式 计算云台水平转动角度P，利用公式

计算云台垂直转动角度T，利用公式 计算云台镜头放大倍率Z，其中，Z0为云台倍率系数，u、v、w分别为仪表的横轴坐标值、纵轴坐标值和竖轴坐标值，T1为当前仪表位置与云台镜头竖直角度信息，sin(T1)为当前仪表位置信息的动态倍率系数调整函数；

步骤五：根据所解算出的P/T/Z数据，自动控制云台旋转观测目标仪表，并把图像实时传回观测站。

2.根据权利要求1所述的变电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法，其特征在于：所述步骤一具体为：建立一个坐标系，设定坐标系原点，手工测量出被观测仪表的三维坐标，并且储存在巡检机器人的数据库中。

3.根据权利要求1所述的变电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法，其特征在于：所述步骤二中，巡检机器人利用激光导航传感器首先检测其所处环境中的障碍物,并实时记录环境信息，再通过周围环境信息计算得到机器人自身二维平面空间中的位置和航向,再经过转换后就得到机器人导航所需位置(x,y,z)及航向数据(yaw)。

4.根据权利要求1所述的变电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法，其特征在于：所述步骤四具体为：已知机器人实时位置坐标(X,Y,Z)，以及机器人方向Yaw,经过坐标转换，换算出云台中心位置坐标(X云,Y云,Z云)，保持云台零位方向与机器人方向保持一致；再从数据库中实时读取仪表坐标(u,v,w)，利用以下公式进行计算：云台水平转角：

云台垂直转角：

云台缩放倍率： 其中，Z0为云台倍率系数。

说明书

变电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法

技术领域

[0001] 本发明属于变电站巡视监测设备领域，具体涉及一种变电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法。

背景技术

[0002] 随着科技进步和电力体制改革的不断深入和发展,电力系统自动化程度已有了很大提高,许多变电站实现了遥测、遥信、遥控、遥调功能,为少人或无人值班变电站,但一定程度上都还存在因无人在现场及时监视、巡视而带来的一系列问题甚至留下隐患。为此,中国专利号zL200420040968.9,名称为“变配电设备巡检机器人”的专利中提出了一种采用机器人自动巡检变电站中变配电设备运行状况的技术方案。该方案采用GPS全球定位系统和激光测距传感器组成导航信息传递单元,但在变电站强电磁环境中,该导航信息传递单元中的GPS设备易受变电站内强电磁场干扰,导致其导航定位精度降低甚至失效,影响机器人完成巡检工作质量。

[0003] 目前,巡检机器人在变电站等恶劣环境下发挥了巨大的作用，为保证巡检机器人顺利完成日常仪表巡检任务，需在巡检机器人巡检过程中，设置若干测站，并在测站位置对周围仪表进行检测，准确抓取仪表图像，再实时监测仪表表值是否正常。

[0004] 基于激光导航的巡检机器人依托激光作为感知外部环境的传感器，在ROS操作系统下对机器人进行实时监控，机器人实时运行过程中，可进行实时自定位，实时反馈位置坐标(X,Y,Z)和方向Yaw(Yaw为机器人与y轴的夹角，顺时针方向，范围为(-π，π))信息。

[0005] 云台控制参数：P,水平转动角(顺时针旋转，范围[0,2π))；

[0006] T,垂直转动角(俯为正仰为负，范围

[0007] Z,放大倍率(范围[0,160])。

[0008] 坐标系：机器人坐标系，ROS中主要有两种坐标系：

[0009] (1)固定坐标系：用于表示世界的参考坐标系；

[0010] (2)目标坐标系：相对于摄像机视角的参考坐标系。

[0011] 但是，需要手工示教，所谓手工示教即在每个巡检机器人停靠点，手动旋转云台，使仪表位于图像中心，当仪表在视野中大小合适并清晰成像时，将此时云台参数作为预置位存储其P，T，Z值。示教过程步骤繁琐，工作量大，人为影响因子较大，需在每个巡检点对所有仪表进行观测，记录每个仪表此时云台的P、T、Z参数，也就是一个仪表在多个巡检点上时需要重复示教多次。

发明内容

[0012] 本发明针对现有技术存在示教过程步骤繁琐，工作量大，人为影响因子较大，需在每个巡检点对所有仪表进行观测，记录每个仪表此时云台的P、T、Z参数，也就是一个仪表在多个巡检点上时需要重复示教多次等问题，提出一种电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法。

[0013] 本发明的技术方案是：变电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法，包括观测站，巡检机器人，巡检机器人上安装有智能云台，智能云台能够监拍，所述该方法的具体步骤为：

[0014] 步骤一：建立坐标系，设定坐标原点和测量出被观测仪表的三维坐标；

[0015] 步骤二：巡检机器人计算自身实时坐标(X,Y,Z)，并推算出智能云台的坐标；

[0016] 步骤三：智能云台根据被测目标的坐标自动导航到测站位置(U,V,W)；

[0017] 步骤四：利用公式 计算云台水平转动角度P，利用公式计算云台垂直转动角度T，利用公式 计算云台镜
头放大倍率Z，其中，Z0为云台倍率系数；

[0018] 步骤五：根据所解算出的P/T/Z数据，自动控制云台旋转观测目标仪表，并把图像实时传回观测站。

[0019] 所述的变电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法，所述步骤一具体为：建立一个坐标系，设定坐标系原点，手工测量出被观测仪表的三维坐标，并且储存在巡检机器人的数据库中。

[0020] 所述的变电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法，所述步骤二中，巡检机器人利用激光导航传感器首先检测其所处环境中的障碍物,并实时记录环境信息，再通过周围环境信息计算得到机器人自身二维平面空间中的位置和航向,再经过转换后就得到机器人导航所需位置(x,y,z)及航向数据(yaw)。

[0021] 所述的变电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法，所述步骤四具体为：已知机器人实时位置坐标(X,Y,Z)，以及机器人方向Yaw,经过坐标转换，换算出云台中心位置坐标(X云,Y云,Z云)，保持云台零位方向与机器人方向保持一致；再从数据库中实时读取仪表坐标(u,v,w)，利用以下公式进行计算：

[0022] 云台水平转角：

[0023] 云台垂直转角：

[0024] 云台缩放倍率： 其中，Z0为云台倍率系数。

[0025] 本发明的有益效果是：本发明提出的基于激光传感器的巡检机器人自动巡检仪表的方法，摒弃了传统的示教方法，增强了巡检机器人巡检过程中更加智能和自主的能力，大大提高了机器人的工作效率和准确性，对后期仪表识别环节有很大的帮助。激光传感器固定于机器人前部,其安装位置相对于机器人底盘位置固定。当机器人运行时,激光导航传感器首先检测其所处环境中的障碍物,并实时记录环境信息，再通过周围环境信息计算得到机器人自身二维平面空间中的位置和航向,再经过转换后就得到机器人导航所需位置(x,y,z)及航向数据(yaw)，极大的提高了巡视效率。

附图说明

[0026] 图1为坐标系定义规则示意图；

[0027] 图2为云台水平转角示意图；

[0028] 图3为云台竖直转角示意图；

[0029] 图4为方法路程图。

具体实施方式

[0030] 实施例1：结合图1-图4，一种变电站激光导航巡检机器人智能云台自动跟踪定位方法，包括观测站，巡检机器人，巡检机器人上安装有智能云台，智能云台能够监拍，所述该方法的具体步骤为：

[0031] 步骤一：建立坐标系，设定坐标原点和测量出被观测仪表的三维坐标；建立一个坐标系，确定坐标系原点，确定各个仪器的坐标，并且储存在巡检机器人的数据库中；由于以机器人后轮轮轴中心为坐标原点定义坐标系，激光反馈数据经计算得出的为机器人轮轴中心的坐标，由于云台并非安装在坐标原点位置，需对云台坐标进行转换。X云＝X机+ΔX,Y云＝Y机+DY,Z云＝Z机+ΔZ,其中云指云台位置，机指机器人。

[0032] 步骤二：巡检机器人计算自身实时坐标(X,Y,Z)，并推算出智能云台的坐标；巡检机器人利用激光导航传感器首先检测其所处环境中的障碍物,并实时记录环境信息，再通过周围环境信息计算得到机器人自身二维平面空间中的位置和航向,再经过转换后就得到机器人导航所需位置(x,y,z)及航向数据(yaw)。

[0033] 步骤三：智能云台根据被测目标的坐标自动导航到测站位置(U,V,W)；步骤四：利用公式 计算云台水平转动角度P，利用公式计算云台垂直转动角度T，利用公式 计算云台镜头放大倍率Z，Z0为云台倍率系数；其中，已知机器人实时位置坐标(X,Y,Z)，以及机器人方向Yaw,经过坐标转换，换算出云台中心位置坐标(X云,Y云,Z云)，保持云台零位方向与机器人方向保持一致；再从数据库中实时读取仪表坐标(u,v,w)，利用以下公式进行计算：

[0034] 云台水平转角：

[0035] 云台垂直转角：

[0036] 云台缩放倍率： 其中，Z0为云台倍率系数。

[0037] 步骤五：根据所解算出的P/T/Z数据，自动控制云台旋转观测目标仪表，并把图像实时传回观测站。