电力线路多机器人协作巡检方法技术

本发明专利技术为电力线路多机器人协作巡检方法，在电力线路巡检任务中，按杆塔将导线分段，根据杆塔坐标和导线模型数据，生成巡检线路区段。在多机器人电力巡检和作业任务中，多种类型的机器人共同努力完成指定任务，使系统具有区域规划、任务重规划的能力以提高系统效率和未知动态环境下的适应性、鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
电力线路多机器人协作巡检方法
本专利技术涉及多机器人协作的
，特别是一种电力线路多机器人协作巡检方法。
技术介绍
传统的电网人工巡检和作业方式存在劳动强度大、工作效率低、人员安全性差等特点，尤其在恶劣天气和和复杂地形等条件下更加明显。目前，很多科研机构应相继开展了各种作业机器人的研究，例如变电站设备巡检机器人、带电抢修作业机器人、悬臂式巡线机器人、光纤复合架空地线巡检机器人、绝缘子检测机器人、输电线路破冰机器人，并且有的已经投入运行，经受住了恶劣气候的考验。随着具有不同功能和不同大小的电力机器人的出现以及电力特种机器人技术的不断成熟发展，多机器人协作将成为未来电力机器人的主要应用形式。目前，多机器人协作电力巡检的相关研究尚未成熟，而电力线路巡检的目标是电力杆塔、线路、金具、绝缘子和沿线环境等。与一般的多机器人作业任务相比，电力线路巡检任务存在着特殊性：(1)工作区域跨度大，受外力影响较多，环境错综复杂；(2)机器人的路径受到限制，它必须在电力线走廊区域内行进，以获得全面的线路信息；(3)常规的电力巡检制度未充分考虑电网的实际运行情况，有些运行良好的线路区段容易出现过度巡检，而一些区段则巡检不够充分的现象；(4)在具体作业任务中，输配电线路检测、修复工作存在步骤多、流程复杂的问题，也增加了操作的难度。因此，急需一种能够在电力线路巡检中使用的多机器人协作的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是充分发挥多机器人系统的优势，提高电力巡检效率和质量，尤其在出现大面积线路故障和冰雪等灾害天气时，利用多机器人搜寻故障并执行修复作业，能够高效可靠地完成任务，降低经济损失和社会影响。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术手段是：电力线路多机器人协作巡检方法，包含以下步骤：步骤一，巡检线路分段，按杆塔将导线分段，根据杆塔坐标和导线模型数据，生成巡检线路区段，按照电力巡检规范将整个工作区域划分为若干巡检线路子区域；步骤二，高层任务规划，负责将检测机器人、中继机器人和作业机器人在不同巡检线路区段的分配，首先确定每个巡检线路子区域的输电线路静态的空间分布情况、每个巡检线路子区域的空间大小以及外界环境，衡量因素包括每个巡检线路子区域的巡检路径长度Lk、地形复杂程度Ck、故障易发程度Fk以及作业难易程度Ek，其中Ck、Fk和Ek在0～1之内，按照电力巡检规范将整个工作区域划分为若干巡检线路子区域；其次考虑机器人所具备的能力，包括目标检测、通信、清障、线路修复、除冰、绝缘子清洗能力，将机器人能力用一个一维数组Ai来表示，Ai＝[ai1，ai2，…，ais]，如果具备该能力，对应的值为1，否则为0，除了目标检测和中继通信能力，其他功能统称为作业能力，此时，机器人能力数组简化为Ai＝[ai1，ai2，ai3]，基于不同巡检线路子区域的任务需求，采用轮盘赌算法或启发式算法协调多机器人在各个巡检线路子区域的分布，首先考虑检测能力实现区域内全路径巡检，其次考虑通信能力，再次考虑作业能力，各巡检线路子区域内的机器人需要满足约束条件；步骤三，低层任务规划，建立每个机器人的行为规则，采用自组织方式，建立每个机器人的行为规则，以实现机器人有效的协调运动，每个巡检线路子区域内的机器人分为三大类：检测机器人、中继机器人和作业机器人，其中作业机器人进一步细分为清障机器人、除冰机器人和线路修复机器人，遵循自主决策、个体简单、有限通信的原则，机器机器人采用反应式结构，基于事件触发形式进行规则设计，充分发挥群集智能的优势，当作业机器人完成故障修复时，向其他同类机器人和中继机器人发送作业完成信息，否则，继续传递作业信息；步骤四，建立每一类机器人的子任务，对于每一类机器人，在具体作业任务中，根据自身的任务目标将任务分解成若干可独立运行的子任务完成目标任务；步骤五，任务重规划，重复步骤二至步骤四，实现动态任务分配，保证机器人分布的合理性。所述的步骤二中，各巡检线路子区域内的机器人需要满足的约束条件为其中，Mk表示区域k内机器人数量，Adi表示机器人i的最大前进距离，xik表示机器人i在区域k工作，函数f1、f2和f3为经验函数，定义每个巡检线路子区域对机器人巡视能力、通信能力和作业能力的附加要求。所述的步骤三中，检测机器人：用光学摄像机或红外热像仪获取输电线路和线路走廊的影像，当发现故障时，向通信范围内的其他机器人发送作业信息；中继机器人：当机器人在超视距范围工作时，需要借助于中继机器人为超视距范围的机器人提供通信，提供检测机器人与作业机器人之间以及检测机器人与地面控制中心之间的通信，保证信息传输，扩大巡视范围；作业机器人：各种类型的作业机器人，包括除冰机器人，在不损伤电力线路以及绝缘子的前提下，除冰机器人以击打、敲击、振动的方式快速高效除冰；带电修复作业机器人，能够从事压接管电阻测量、断股修补、防振锤拖回的带电作业任务。所述的检测机器人包括飞行机器人，涉及航迹生成、航迹跟踪和稳定姿态控制，基于数字高程地图(DEM)和杆塔数据，利用遗传算法生成参考航迹，采用基于BP神经网络的PID控制方法实现航迹跟踪和稳定姿态控制，保证飞行路径在距离电力线10m～30m范围的走廊区域内飞行，并获取清晰的设备图像；作业机器人——除冰机器人根据规范的作业流程，将除冰任务分解为机械臂各关节的一系列行为和动作，利用机器视觉和模糊控制器保证动作的准确性和稳定性。所述的步骤五中，任务重规划包括巡检线路子区域内信息素的初始值τk＝a1Fk+a2Ek，此处，信息素初值不为零，是考虑到专家经验和历史经验的影响，参数a1和a2可根据应用情况调整；当检测机器人在负责区域内发现线路故障、严重设施损坏的问题，则增加该区域信息素数量τk←τk+δ1；当作业机器人在负责区域内完成一处故障修复，则降低该区域信息素的数量τk←τk-ε，如果τk<0，置τk＝0；当作业机器人在负责区域内不能独立完成故障修复，则增加该区域信息素的数量τk←τk+2δ1；信息素随时间蒸发，蒸发因子为ρ，0<ρ<1；为了调整机器人对信息素的敏感度，设置阈值thv，如果某个巡检线路子区域的信息τk(t)大于阈值thv，信息素才对机器人的决策产生影响，否则，机器人忽略信息素的作用；不同工作区域内机器人的重分配通过巡检线路子区域的控制中心进行协调，机器人以概率psk从第s个区域转移到第k个区域：其中，ηsk为第s个区域和第k个区域之间的启发信息，令ηsk＝1/dsk，dsk为两个子区域的中心之间的距离，α和β为调整τk和ηsk对决策影响程度的参数。本专利技术的有益效果是：本专利技术针对电力线路巡检和作业任务，充分发挥多机器人优势，研究异构电力机器人的组织形式，设计系统成员的交互框架；在充分考虑电力线路的分布特点和任务复杂程度，设计机器人之间的任务规划机制；考虑外部环境的不确定性和动态变化，研究多机器人动态任务分配方法，提高系统的适应性和鲁棒性。在电力线路巡检任务中，按杆塔将导线分段，根据杆塔坐标和导线模型数据，生成巡检线路区段。在多机器人电力巡检和作业任务中，多种类型的机器人共同努力完成指定任务，使系统具有区域规划、任务重规划的能力以提高系统效率和未知动态环境下的适应性、鲁棒性。附图说明图1是本专利技术的流程图。具体实施方式本专利技术为本文档来自技高网...

【技术保护点】
电力线路多机器人协作巡检方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一，巡检线路分段，按杆塔将导线分段，根据杆塔坐标和导线模型数据，生成巡检线路区段，按照电力巡检规范将整个工作区域划分为若干巡检线路子区域；步骤二，高层任务规划，负责将检测机器人、中继机器人和作业机器人在不同巡检线路区段的分配，首先确定每个巡检线路子区域的输电线路静态的空间分布情况、每个巡检线路子区域的空间大小以及外界环境，衡量因素包括每个巡检线路子区域的巡检路径长度L

【技术特征摘要】
1.电力线路多机器人协作巡检方法，其特征在于包含以下步骤：步骤一，巡检线路分段，按杆塔将导线分段，根据杆塔坐标和导线模型数据，生成巡检线路区段，按照电力巡检规范将整个工作区域划分为若干巡检线路子区域；步骤二，高层任务规划，负责将检测机器人、中继机器人和作业机器人在不同巡检线路区段的分配，首先确定每个巡检线路子区域的输电线路静态的空间分布情况、每个巡检线路子区域的空间大小以及外界环境，衡量因素包括每个巡检线路子区域的巡检路径长度Lk、地形复杂程度Ck、故障易发程度Fk以及作业难易程度Ek，其中Ck、Fk和Ek在0～1之内，其值越大，复杂度越大，优先级越高；其次考虑机器人所具备的能力，包括目标检测、通信、清障、线路修复、除冰、绝缘子清洗能力，将机器人能力用一个一维数组Ai来表示，Ai＝[ai1，ai2，…，ais]，如果具备该能力，对应的值为1，否则为0，除了目标检测和中继通信能力，其他功能统称为作业能力，此时，机器人能力数组简化为Ai＝[ai1，ai2，ai3]，基于不同巡检线路子区域的任务需求，采用轮盘赌算法或启发式算法协调多机器人在各个巡检线路子区域的分布，首先考虑检测能力实现区域内全路径巡检，其次考虑通信能力，再次考虑作业能力，各巡检线路子区域内的机器人需要满足约束条件；步骤三，低层任务规划，建立每个机器人的行为规则，采用自组织方式，建立每个机器人的行为规则，以实现机器人有效的协调运动，每个巡检线路子区域内的机器人分为三大类：检测机器人、中继机器人和作业机器人，其中作业机器人进一步细分为清障机器人、除冰机器人和线路修复机器人，遵循自主决策、个体简单、有限通信的原则，机器人采用反应式结构，基于事件触发形式进行规则设计，充分发挥群集智能的优势，当作业机器人完成故障修复时，向其他同类机器人和中继机器人发送作业完成信息，否则，继续传递作业信息；步骤四，建立每一类机器人的子任务，对于每一类机器人，在具体作业任务中，根据自身的任务目标将任务分解成若干可独立运行的子任务完成目标任务；步骤五，任务重规划，重复步骤二至步骤四，实现动态任务分配，保证机器人分布的合理性。2.根据权利要求1所述的电力线路多机器人协作巡检方法，其特征在于：所述的步骤二中，各巡检线路子区域内的机器人需要满足的约束条件为其中，Mk表示区域k内机器人数量，Adi表示机器人i的最大前进距离，xik表示机器人i在区域k工作，函数f1...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜丽梅，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13