一种基于双臂协作机器人的轨迹规划方法及系统

本发明涉及配电站巡检，具体涉及一种基于双臂协作机器人的轨迹规划方法及系统。

背景技术：

1、配电站是电网系统的核心设施之一，担负着电能汇集、转换和重新分配的任务，能否及时发现配电站故障与潜在故障对保证电网系统的安全运行有积极的意义等。配电站中的电力设备能够安全稳定运行是配电站运作的关键，也是电网够正常供电的保证。因此，对配电站设备作定期巡查是非常必要的。工作人员通过对配电站内设备进行巡检，掌握配电站各类设备的运行情况，发现问题及时处理，保证整体配电站系统能够安全稳定的工作。传统的巡检方式主要依靠人工巡检，依靠运维人员的经验和主观判断，存在检测盲点，容易出现误判漏判的情况。不仅造成人力资源的浪费，效率低，无法实现巡检任务量化，也会导致很多问题无法及时发现从而导致故障的发生，造成更大的损失。在台风、暴雨等恶劣天气下，传统的人工巡检方式也存在很大的不及时性与安全隐患。

2、在机器人应用领域，由机械臂和移动底盘构成的复合机器人越来越多见。用于设备巡检的巡检机器人，也由原先的使用云台搭载相机，在巡检领域逐步发展为使用机械臂，由于双臂机器人拥有更大的工作空间，负载能力更强，两条机械臂可以相互配合完成一些更为复杂的任务，能够进行半自主或者全自主工作，双臂机器人能够利用两只手臂分别携带不同的传感器，能够实现多角度、多维度的信息获取和检测，有利于全面监测配电站设备状态，并且能够通过远程协作控制，实现对电气设备的远程操作和检测，有利于保障操作人员的安全，但是在实际使用过程中，受限于电池容量和搭载重量，需要在配电站的安全区域设置充电屋，因此，需要考虑最佳的巡检路径的同时双臂巡检机器人的充电与巡检工作之间的协调问题，确保巡检任务的连续性，提高巡检效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于双臂协作机器人的轨迹规划方法及系统，解决以下技术问题：

2、实际使用过程中，受限于电池容量和搭载重量，需要在配电站的安全区域设置充电屋，因此，需要考虑最佳的巡检路径的同时，巡检机器人的充电与工作之间的协调问题，确保巡检任务的连续性，提高了巡检效率。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种基于双臂协作机器人的轨迹规划方法，包括以下步骤：

5、s1，利用gis系统建立配电站三维地图，并标记配电站中的避雷器、电容器、断路器、电压互感器和开关设备；

6、s2，根据巡检机器人的工作内容生成若干待巡检任务，将所述待巡检任务按照优先级进行排序，得到第一排序，基于所述第一排序制定多个巡检机器人的巡检路线，得到第一巡检路线；

7、s3，获取巡检机器人工作状态和对应的电量使用特性的历史数据，并建立任务量预测模型，根据所述第一巡检路线得到任一巡检机器人的巡检任务量，将该巡检任务量代入任务量预测模型判断该巡检机器人的电量是否满足当前巡检任务需求，若满足，则根据所述第一巡检路线进行巡检工作；

8、s4，若不满足，则获取所述多个巡检机器人的预测剩余电量信息，结合所述多个巡检机器人的剩余电量信息，制定最终巡检路线。

9、作为本发明进一步的方案：所述s2中，第一排序的过程为：

10、获取所述待巡检任务的危险等级评分，并分配所述危险等级评分为第一权重占比；计算各待巡检任务距离上次巡检的间隔时长，得到间隔巡检时长。对间隔巡检时长进行评分，得出间隔巡检时长评分，并将其作为第二权重占比，根据所述权重占比和评分，计算得到任一待巡检任务的评价分数，根据各待巡检任务的评价分数，依次以从大到小的顺序对待巡检任务进行排序，得到第一排序。

11、作为本发明进一步的方案：所述s2中，建立最短巡线路线的具体过程为：

12、s21，获取所述巡检机器人的数量m和待巡检任务数量n，根据所述第一排序从所述待巡检任务依次选取排名前m的待巡检任务并标记为目标巡检任务，获取任一巡检机器人的地理位置及目标巡检任务的位置信息生成代价cost矩阵，对所述cost矩阵进行最小匹配计算，得到任一巡检机器人对应的第一巡检任务；

13、s22，将所述第一巡检任务的位置信息标定为对应巡检机器人第二地理位置，根据所述第二地理位置以及剩余待巡检任务的位置信息，生成代价cost矩阵，对所述cost矩阵进行最小匹配计算，得到任一巡检机器人对应的第二巡检任务；

14、s23，重复s21，s22得到任一巡检机器人对应的巡检任务，得到多个巡检路线。

15、作为本发明进一步的方案：还包括对所述配电站三维地图进行预处理：

16、根据巡检机器人的工作内容对配电站中的进行避雷器、电容器、断路器、电压互感器和开关设备二次标记，以二次标记的避雷器、电容器、断路器、电压互感器和开关设备作为待巡检任务。

17、作为本发明进一步的方案：在s22中，当剩余的巡检任务量少于巡检机器人的数量时，将根据剩余的巡检任务量和巡检机器人的数量，依次生成代价cost矩阵。从所述多个巡检机器人中依次选取与剩余巡检任务最小匹配对应的巡检机器人，生成该巡检机器人的第一巡检路线。

18、作为本发明进一步的方案：所述s3中，任务量预测模型的建立过程为：

19、获取所述巡检机器人在不同任务量下与电量的关系曲线，将巡检机器人巡检后的电池剩余电量作为因变量，将巡检机器人任务量与电量的关系曲线作为自变量建立回归方程，将历史数据中的自变量分为训练集和测试集，利用训练集和测试集对回归方程进行训练和测试后得到任务量预测模型。

20、作为本发明进一步的方案：所述s4中，制定最终巡检路线的过程为

21、s41，获取任一步不满足当前任务需求的巡检机器人，获取该巡检机器人对应的第一巡检路线，则对所述第一巡检路线进行优化，得到满足该巡检机器人的第二巡检路线；

22、s42，将所述第二巡检路线优化出来的待巡检任务标定为临时巡检任务，并向其余巡检机器人发出临时巡检任务；

23、s43，若存在任一巡检机器人在巡检过程中接到临时巡检任务，则根据剩余任务量和临时巡检任务量，判断电池剩余电量是否满足工作需求，若满足，则根据临时巡检任务目标和剩余工作目标重新规划巡检路线；若不满足，则不重新规划巡检路线按所述第一巡检路线进行剩余任务量检测。

24、一种基于双臂协作机器人的轨迹规划系统，其特征在于，包括。

25、数据获取模块，用于通过gis系统建立配电站三维地图标记配电站中的避雷器、电容器、断路器、电压互感器和开关设备；

26、巡检制定模块，用于根据巡检机器人的工作内容生成若干待巡检任务，将所述待巡检任务按照优先级进行排序，得到第一排序，基于所述第一排序制定多个巡检机器人的巡检路线，得到第一巡检路线；

27、路线优化模块，用于建立任务量预测模型，获取任一巡检机器人的巡检任务量，根据任务量预测模型判断任一巡检机器人的电量是否满足当前巡检任务的需求，若满足，则根据所述第一巡检路线进行巡检工作，若不满足，则获取所述多个巡检机器人的预测剩余电量信息，结合所述多个巡检机器人的剩余电量信息，制定最终巡检路线。

28、本发明的有益效果：

29、本发明首先通过将配电站的路径环境信息映射为二维拓扑结构，再利用gis系统建立三维地图并标记设备，并根据巡检机器人的工作内容生成待巡检任务，并按照优先级排序对每个巡检机器人的巡检路线进行规划，建立任务量预测模型，根据巡检路线和历史数据判断巡检机器人的电量是否满足当前巡检任务需求，避免电量不足导致任务中断或延误，提高巡检的稳定性和连续性，结合多个巡检机器人的预测剩余电量信息，制定最终巡检路线，能够实现多机器人之间的协同作业，确保了巡检任务的连续，提高了巡检效率。