變電站激光導航巡檢機器人智能云臺自動跟蹤定位方法技術

本發明專利技術屬于變電站巡視監測設備領域，具體涉及一種變電站激光導航巡檢機器人智能云臺自動跟蹤定位方法，包括觀測站，巡檢機器人，巡檢機器人上安裝有智能云臺，智能云臺能夠監拍，所述該方法的具體步驟為：1、設定坐標原點和各個被觀測儀表的坐標；2、巡檢機器人計算自身實時坐標，并推算出智能云臺的坐標；3、智能云臺根據被測目標的坐標自動導航到目標位置(U,V,W)；4、利用公式分別計算云臺水平轉動角度P、垂直轉動角度T、鏡頭放大倍率Z；5、抓取儀表圖像并把圖像實時傳回觀測站。本發明專利技術提出的巡檢機器人自動巡檢儀表的方法，摒棄了傳統的示教方法，增強了巡檢機器人巡檢過程中更加智能和自主的能力，大大提高了機器人的工作效率和準確性，對后期儀表識別環節有很大的幫助。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于變電站巡視監測設備領域，具體涉及一種變電站激光導航巡檢機器人智能云臺自動跟蹤定位方法。
技術介紹
隨著科技進步和電力體制改革的不斷深入和發展,電力系統自動化程度已有了很大提高,許多變電站實現了遙測、遙信、遙控、遙調功能,為少人或無人值班變電站,但一定程度上都還存在因無人在現場及時監視、巡視而帶來的一系列問題甚至留下隱患。為此,中國專利號zL200420040968.9,名稱為“變配電設備巡檢機器人”的專利中提出了一種采用機器人自動巡檢變電站中變配電設備運行狀況的技術方案。該方案采用GPS全球定位系統和激光測距傳感器組成導航信息傳遞單元,但在變電站強電磁環境中,該導航信息傳遞單元中的GPS設備易受變電站內強電磁場干擾,導致其導航定位精度降低甚至失效,影響機器人完成巡檢工作質量。目前,巡檢機器人在變電站等惡劣環境下發揮了巨大的作用，為保證巡檢機器人順利完成日常儀表巡檢任務，需在巡檢機器人巡檢過程中，設置若干測站，并在測站位置對周圍儀表進行檢測，準確抓取儀表圖像，再實時監測儀表表值是否正常?；诩す鈱Ш降难矙z機器人依托激光作為感知外部環境的傳感器，在ROS操作系統下對機器人進行實時監控，機器人實時運行過程中，可進行實時自定位，實時反饋位置坐標(X,Y,Z)和方向Yaw(Yaw為機器人與y軸的夾角，順時針方向，范圍為(-π，π))信息。云臺控制參數：P,水平轉動角(順時針旋轉，范圍[0,2π))；T,垂直轉動角(俯為正仰為負，范圍Z,放大倍率(范圍[0,160])。坐標系：機器人坐標系，ROS中主要有兩種坐標系：(1)固定坐標系：用于表示世界的參考坐標系；(2)目標坐標系：相對于攝像機視角的參考坐標系。但是，需要手工示教，所謂手工示教即在每個巡檢機器人?？奎c，手動旋轉云臺，使儀表位于圖像中心，當儀表在視野中大小合適并清晰成像時，將此時云臺參數作為預置位存儲其P，T，Z值。示教過程步驟繁瑣，工作量大，人為影響因子較大，需在每個巡檢點對所有儀表進行觀測，記錄每個儀表此時云臺的P、T、Z參數，也就是一個儀表在多個巡檢點上時需要重復示教多次。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術存在示教過程步驟繁瑣，工作量大，人為影響因子較大，需在每個巡檢點對所有儀表進行觀測，記錄每個儀表此時云臺的P、T、Z參數，也就是一個儀表在多個巡檢點上時需要重復示教多次等問題，提出一種電站激光導航巡檢機器人智能云臺自動跟蹤定位方法。本專利技術的技術方案是：變電站激光導航巡檢機器人智能云臺自動跟蹤定位方法，包括觀測站，巡檢機器人，巡檢機器人上安裝有智能云臺，智能云臺能夠監拍，所述該方法的具體步驟為：步驟一：建立坐標系，設定坐標原點和測量出被觀測儀表的三維坐標；步驟二：巡檢機器人計算自身實時坐標(X,Y,Z)，并推算出智能云臺的坐標；步驟三：智能云臺根據被測目標的坐標自動導航到測站位置(U,V,W)；步驟四：利用公式計算云臺水平轉動角度P，利用公式T=arctan(Z-w(X-u)2+(Y-v)2)]]>計算云臺垂直轉動角度T，利用公式Z=Z0sin(T1)]]>計算云臺鏡頭放大倍率Z，其中，Z0為云臺倍率系數；步驟五：根據所解算出的P/T/Z數據，自動控制云臺旋轉觀測目標儀表，并把圖像實時傳回觀測站。所述的變電站激光導航巡檢機器人智能云臺自動跟蹤定位方法，所述步驟一具體為：建立一個坐標系，設定坐標系原點，手工測量出被觀測儀表的三維坐標，并且儲存在巡檢機器人的數據庫中。所述的變電站激光導航巡檢機器人智能云臺自動跟蹤定位方法，所述步驟二中，巡檢機器人利用激光導航傳感器首先檢測其所處環境中的障礙物,并實時記錄環境信息，再通過周圍環境信息計算得到機器人自身二維平面空間中的位置和航向,再經過轉換后就得到機器人導航所需位置(x,y,z)及航向數據(yaw)。所述的變電站激光導航巡檢機器人智能云臺自動跟蹤定位方法，所述步驟四具體為：已知機器人實時位置坐標(X,Y,Z)，以及機器人方向Yaw,經過坐標轉換，換算出云臺中心位置坐標(X云,Y云,Z云)，保持云臺零位方向與機器人方向保持一致；再從數據庫中實時讀取儀表坐標(u,v,w)，利用以下公式進行計算：云臺水平轉角：P=arctan(Y-vX-u)]]>云臺垂直轉角：T=arctan(Z-w(X-u)2+(Y-v)2)]]>云臺縮放倍率：其中，Z0為云臺倍率系數。本專利技術的有益效果是：本專利技術提出的基于激光傳感器的巡檢機器人自動巡檢儀表的方法，摒棄了傳統的示教方法，增強了巡檢機器人巡檢過程中更加智能和自主的能力，大大提高了機器人的工作效率和準確性，對后期儀表識別環節有很大的幫助。激光傳感器固定于機器人前部,其安裝位置相對于機器人底盤位置固定。當機器人運行時,激光導航傳感器首先檢測其所處環境中的障礙物,并實時記錄環境信息，再通過周圍環境信息計算得到機器人自身二維平面空間中的位置和航向,再經過轉換后就得到機器人導航所需位置(x,y,z)及航向數據(yaw)，極大的提高了巡視效率。附圖說明圖1為坐標系定義規則示意圖；圖2為云臺水平轉角示意圖；圖3為云臺豎直轉角示意圖；圖4為方法路程圖。具體實施方式實施例1：結合圖1-圖4，一種變電站激光導航巡檢機器人智能云臺自動跟蹤定位方法，包括觀測站，巡檢機器人，巡檢機器人上安裝有智能云臺，智能云臺能夠監拍，所述該方法的具體步驟為：步驟一：建立坐標系，設定坐標原點和測量出被觀測儀表的三維坐標；建立一個坐標系，確定坐標系原點，確定各個儀器的坐標，并且儲存在巡檢機器人的數據庫中；由于以機器人后輪輪軸中心為坐標原點定義坐標系，激光反饋數據經計算得出的為機器人輪軸中心的坐標，由于云臺并非安裝在坐標原點位置，需對云臺坐標進行轉換。X云＝X機+ΔX,Y云＝Y機+DY,Z云＝Z機+ΔZ,其中云指云臺位置，機指機器人。步驟二：巡檢機器人計算自身實時坐標(X,Y,Z)，并推算出智能云臺的坐標；巡檢機器人利用激光導航傳感器首先檢測其所處環境中的障礙物,并實時記錄環境信息，再通過周圍環境信息計算得到機器人自身二維平面空間中的位置和航向,再經過轉換后就得到機器人導航所需位置(x,y,z)及航向數據(yaw)。步驟三：智能云臺根據被測目標的坐標自動導航到測站位置(U,V,W)；步驟四：利用公式計算云臺水平轉動角度P，利用公式T=arctan(Z-w(X-u)2+(Y-v)2)]]>計算云臺垂直轉動角度T，利用公式Z=Z0sin(T1)]]>計本文檔來自技高網...

【技術保護點】
變電站激光導航巡檢機器人智能云臺自動跟蹤定位方法，包括觀測站，巡檢機器人，巡檢機器人上安裝有智能云臺，智能云臺能夠監拍，其特征在于：所述該方法的具體步驟為：步驟一：建立坐標系，設定坐標原點和測量出被觀測儀表的三維坐標；步驟二：巡檢機器人計算自身實時坐標(X,Y,Z)，并推算出智能云臺的坐標；步驟三：智能云臺根據被測目標的坐標自動導航到測站位置(U,V,W)；步驟四：利用公式計算云臺水平轉動角度P，利用公式計算云臺垂直轉動角度T，利用公式計算云臺鏡頭放大倍率Z，其中，Z0為云臺倍率系數；步驟五：根據所解算出的P/T/Z數據，自動控制云臺旋轉觀測目標儀表，并把圖像實時傳回觀測站。

【技術特征摘要】
1.變電站激光導航巡檢機器人智能云臺自動跟蹤定位方法，包括觀測站，巡檢機器人，
巡檢機器人上安裝有智能云臺，智能云臺能夠監拍，其特征在于：
所述該方法的具體步驟為：
步驟一：建立坐標系，設定坐標原點和測量出被觀測儀表的三維坐標；
步驟二：巡檢機器人計算自身實時坐標(X,Y,Z)，并推算出智能云臺的坐標；
步驟三：智能云臺根據被測目標的坐標自動導航到測站位置(U,V,W)；
步驟四：利用公式計算云臺水平轉動角度P，利用公式計算云臺垂直轉動角度T，利用公式計算云臺鏡頭放大倍率Z，其中，Z0為云臺倍
率系數；
步驟五：根據所解算出的P/T/Z數據，自動控制云臺旋轉觀測目標儀表，并把圖像實時
傳回觀測站。
2.根據權利要求1所述的變電站激光導航巡檢機器人智能云臺自動跟蹤定位方法，其
特征在于：所述步驟一具體為：建立一個坐標系，設定坐標系原點，手工測量出被觀測儀表
的三維坐標，并且儲存在巡檢機器人的數據庫中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張晨民，趙慧琴，彭天強，
申請(專利權)人：鄭州金惠計算機系統工程有限公司，
類型：發明
國別省市：河南;41