本发明属于机器人，特别涉及一种基于路径规划模型库的变电站机器人自动巡检方法。
背景技术：
1、随着联合型和大型石油化工装置规模不断扩大，装设在生产装置界区内或界区边缘的区域变电站逐渐普及，区域变电站是石油化工企业电气系统主网结构的核心部分。近年来，随着物联网、人工智能、自动识别等技术以及机器人行业的发展，区域变电站也向着“无人或少人值守”的自动化运维新模式转型，开始采用巡检机器人辅助或代替人工进行巡检，参与高、难、急、险、重和重复性的任务。
2、目前关于变电站巡检机器人的研究主要集中在巡检任务规划、减少电磁干扰和影响、机器人定位和导航技术、巡检路径规划和算法等方面。而巡检机器人的路径规划是集合了地图建模、定位导航和路径计算的一个复杂的问题，最佳的路径应该是无冲突的、适合实际场景的、从起点到目标点的最优的路线。根据对环境信息的掌握程度不同，机器人路径规划可分为全局路径规划和局部路径规划。全局路径规划适用于在已知的环境中，采用相应算法给机器人规划一条路径，是一种事前规划，对机器人系统的实时计算能力要求不高，规划结果是全局的、较优的，但是路径规划的精度取决于环境获取的准确度。局部路径规划适用于在未知的环境中，通过传感器对移动机器人周围的环境进行探测，在采集到的环境信息的基础上再进行路径规划。局部路径规划需要机器人系统具有高速的信息处理能力和计算能力，搜集环境数据并对环境模型的动态更新进行实时校正，但是由于缺乏全局环境信息，所以局部路径规划的结果往往不是最优的，甚至可能找不到正确路径或完整路径。
3、石油化工企业的区域变电站大多具有物理环境静态稳定、总体布局规范整洁、设备区和无设备区分明等特点，特别适合引入巡检机器人进行全局路径规划，实现变电站全场站巡检的自动化。其中，为了保证生产装置的连续安全运行，对区域变电站的设备检修和维护、安全检查等活动比较频繁，区域内既有室内环境也有室外环境，环境复杂，u型和l型区域较多，实时的全局路径规划和局部路线规划，将大幅增加机器人计算时间和路径权重，局部路线规划也无法得到全局路线的最优解，这都将导致机器人巡检效率低下。变电站全局路径规划是机器人完成巡检任务的前提，而实现全局路径规划的第一步就是构建机器人巡检用的地图，因此能够提前构建符合区域变电站实际作业场景的巡检地图变得非常重要。
4、石油化工企业装置一旦供电中断将会引起巨大经济损失，为了保证供电不中断，车间人员需要定期进行人工巡检、预防性试验、安全检查等一系列作业活动，也会出现突发的故障检修等活动，因此，区域变电站内存在比较多的局部作业环境动态问题，对构建实际场景巡检地图及实现全局路径规划带来困难。通过研究石化企业变电站的管理制度和现场作业管理办法，发现变电站现场作业内容及作业活动区域比较规范，是具有周期性的定时定点作业，检修作业活动和安全检查活动大多是计划性可预知的，因此，可以采用模型库的方法，提前构建不同作业环境下的多幅变电站环境地图模型并寻得最优路径。
5、中国专利申请cn108170134a对变电站内巡检机器人的运行环境进行分层表征，创建分层地图；但局限于对变电站工作票的电子文本进行解析，获取工作任务信息，没有说明任务信息如何转化为栅格区域；该专利申请仅仅是利用分层地图及工作任务信息进行最优路径规划，只能应用于提前进行路径规划，以避开检修区域、优化设备巡检顺序，没有提出匹配的路径算法，无法获得全局最佳路径，因此，现有技术无法解决临时抢修等非计划活动对机器人巡检的影响。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对现有技术方法存在的问题，提前对未知环境进行局部路线规划和全局路径规划，建立机器人巡检路径规划模型库以便提前应对各种作业活动、快速应对临时突发情况，保证机器人始终按照全局最优路线完成巡检任务。
2、本发明根据石油化工企业各业务职能部门的历史作业内容，规范现场作业活动区域，提前在机器人巡检栅格地图中标记活动区并对活动区进行局部路径规划和全局路径规划，建立机器人巡检路径规划模型库并用于巡检任务，突破现有技术中已知的机器人巡检路径规划流程。
3、基于路径规划模型库的变电站机器人自动巡检方法，该方法步骤如下：
4、根据历史作业区域标记活动区，分别建立新的静态栅格地图，采用算法规划路径，获得相应的最小成本路径模型，建立变电站路径规划模型库；
5、启动巡检任务，通过slam算法获得机器人到达每个巡检点的时间(tm)，输入活动区作业计划(ts,tf)，判断根据结果分别执行不同的路径规划模型；
6、巡检时扫描发现路线障碍，搜索模型库，匹配成功执行模型，匹配失败系统发送请求，等待标记活动区，采用算法规划路径，获得相应的最小成本路径模型和执行模型，纳入模型库。
7、本发明采用栅格法构建变电站静态信息加动态信息的环境模型，将增加了作业活动空间地图简化为环境模型，再将模型分成相同大小的格子，用0号格子代表机器人可行驶的空间，1号格子代表障碍空间，2号格子代表活动空间，这样每个具有作业活动场景的变电站环境就由标记为0、1和2的格子组成，每一个格子都有独立的坐标，格子的大小以机器人的俯视图占地面积为准，横纵坐标均取整数，保证每个格子至少允许一台机器人通过，采用路径规划算法在栅格地图上规划路径，就是在数值为0的栅格上寻找最优路径。
8、本办法首先保证获取最新的变电站平面图和整体环境的信息，根据变电站最新的平面地图，绘制构建出变电站静态栅格模型1，在栅格中标记计划作业活动，选中栅格区域作为活动区a0001，活动区a0001属性包括设备位号、安装位置编码、活动人员数量、活动开始时间、活动结束时间等，采用b-a*算法计算活动区周围巡检点之间的巡检路径n条，根据巡检任务和巡检点顺序，周围的任务点越多，获得可能的路径越多，根据实际情况，3m*3m的活动区周围的巡检点数量一般在1～5个区间内，已知巡检方案有x个，本活动区可以提前获得的路径模型为a0001-1～a0001-x，巡检方案数量与最终获得模型数量成正比。
9、本发明具有如下显著效果：
10、1.本发明所述的机器人巡检路线规划方法能够在避免机器人巡检和动态作业活动之间冲突的同时，实现机器人巡检的全局路径规划，提高巡检效率。
11、2.本发明优化了变电站机器人巡检地图的环境模型创建的流程和方法，特别适用于石油化工企业区域变电站的实际作业场景。
12、3.本发明有利于提前进行巡检路线规划(单任务点、多任务点)，得到全局路径规划的最优解，提高机器人的巡检效率和任务完成比例。
13、4.本发明消除了巡检机器人巡检活动与人员日常作业活动冲突带来的安全隐患，保证两项任务同时顺利进行，提高巡检机器人和作业人员双方的安全。
1.基于路径规划模型库的变电站机器人自动巡检方法，其特征在于该方法步骤如下：
2.根据权利要求1所述的基于路径规划模型库的变电站机器人自动巡检方法，其特征在于静态栅格地图是采用栅格法构建变电站静态信息加动态信息的环境模型，将增加了作业活动空间地图简化为环境模型，再将模型分成相同大小的格子，用0号格子代表机器人可行驶的空间，1号格子代表障碍空间，2号格子代表活动空间，这样每个具有作业活动场景的变电站环境就由标记为0、1和2的格子组成，每一个格子都有独立的坐标，格子的大小以机器人的俯视图占地面积为准，横纵坐标均取整数，保证每个格子至少允许一台机器人通过，采用路径规划算法在栅格地图上规划路径，就是在数值为0的栅格上寻找最优路径。
3.根据权利要求1所述的基于路径规划模型库的变电站机器人自动巡检方法，其特征在于所述所述建立新的建立变电站路径规划模型库，获取最新的变电站平面图和整体环境的信息，根据变电站最新的平面地图，绘制构建出变电站静态栅格模型1，在栅格中标记计划作业活动，选中栅格区域作为活动区a0001，活动区a0001属性包括设备位号、安装位置编码、活动人员数量、活动开始时间、活动结束时间等，采用b-a*算法计算活动区周围巡检点之间的巡检路径n条，根据巡检任务和巡检点顺序，周围的任务点越多，获得可能的路径越多，根据实际情况，3m*3m的活动区周围的巡检点数量一般在1～5个区间内，已知巡检方案有x个，本活动区可以提前获得的路径模型为a0001-1～a0001-x，巡检方案数量与最终获得模型数量成正比。
4.根据权利要求1基于路径规划模型库的变电站机器人自动巡检方法，其特征在于所述启动巡检任务，巡检开始前要求输入/更新活动区a0001的属性信息，主要是活动开始时间ts，活动结束时间tf，系统自动计算按照无作业活动的地图模型1进行巡检时到达巡检点的时间tm，若tm属于区间【ts，tf】，按照巡检方案x相应的路径规划方案a0001-x执行巡检；若tm大于区间【ts，tf】，证明活动区对巡检方案无影响，则按照原始路径1进行巡检。
5.根据权利要求1所述的基于路径规划模型库的变电站机器人自动巡检方法，其特征在于机器人巡检过程中通过激光扫描、红外检测、视觉地图等技术识别移动的物体m，通过定位技术确认物体m所在坐标(x1，y1)、(x2，y2)……(xm，ym)，若(x1，y1)包含于0号格子坐标集，机器人系统发出预警要求m离开巡检路线，警告3次未果则判断现场出现了临时作业活动，巡检状态state置为abnormal，在模型库中搜索(x1，y1)、(x2，y2)……(xm，ym)所属的活动区及其巡检模型，匹配活动区成功则执行匹配成功的模型2，匹配失败时系统发送请求，等待现场作业人员或管理员在栅格图中标识正在作业的活动区a0002，确认，机器人通过b-a*算法计算全局最优路径，获得路径规划模型3，按照模型3继续执行巡检任务，将a0002及其规划模型3存入模型库中。
6.根据权利要求1所述的基于路径规划模型库的变电站机器人自动巡检方法，其特征在于所述slam算法步骤为，标记作业活动区，在系统中落点落图，活动区信息中增加设备位号、功能位置编码、活动开始时间、活动结束时间，在静态二维模型地图中勾选活动区域，注意不要录入坐标数据，也不要将其它作业信息解析成坐标数据，以免出错。
