[發明專利]基于高壓帶電作業機器人的跌落開關更換控制系統及方法

有效

• 申請號: 201510210230.5
• 申請日: 2015-04-28
• 公開（公告）號: CN104786227A
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 任杰;魯守銀;慕世友;傅孟潮;韓磊;王振利;李健;譚林;陳強;呂曦晨;趙亞博;李建祥;趙金龍;高郎宏
• 申請（專利權）人: 山東魯能智能技術有限公司
• 主分類號: B25J13/08
• 分類號: B25J13/08;B23P19/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發明涉及機器視覺領域，尤其涉及一種基于高壓帶電作業機器人的跌落開關更換控制系統及方法。

背景技術

傳統的電力設備維修需要人工近距離接觸設備，這樣不僅威脅施工人員的人身安全，且效率低下。隨著人工智能、機器視覺等相關技術的發展，各種高危環境中的作業已開始由機器人替代，高壓輸電線路的設備維護亦可以利用高壓帶電作業機器人完成。

跌落開關是高壓輸電線路中必不可少的器件，當線路中的電流過大，跌落開關中的熔絲將會因電流過大而發熱熔斷，以達到保護線路的目的。通常，跌落開關熔斷后需要人工更換維護，這樣不僅效率低下，而且施工人員在在高壓帶電線路上施工存在安全隱患。人工智能、機器視覺等技術可使機器人具有人類的部分智能，可使機器人代替施工人員在危險的環境中高效、快速地完成施工任務。但是，針對更換高壓輸電線路中跌落開關的高壓帶電作業機器人控制系統的相關研究尚存在空白。

由于通常使用的跌落開關螺栓頂端的外徑與螺栓孔的內徑相差極小，因此即使螺栓與螺栓孔的位置相差1mm時也不能成功固定跌落開關。因此，利用機器視覺、人工智能等技術更換跌落開關時，需要準確將跌落開關上的螺栓孔與固定支架上的螺栓孔對齊，并且將螺栓準確的伸入到螺栓固定孔中才能順利完成更換跌落開關的任務。

另外，在使用機器視覺、人工智能等技術固定跌落開關整個操作過程中需要根據攝像機獲取的圖像計算出當前螺栓的位置及其相對傾斜方向，以便及時調整機械臂抓取的螺栓的位姿及位置。螺栓在攝像機中所表現出的灰度特征與周圍的環境中其他高壓電設施極為相似，且攝像機所呈現出的螺栓將有可能丟掉其自身螺紋所體現出的特有的紋理信息，這就增加了跟蹤定位螺栓的難度。

經過以上分析，智能電力設備高壓帶電作業機器人在控制更換跌落開關時存在以下問題：

(1)機械臂夾取的螺栓在攝像機捕獲的圖像中所表現出灰度與周圍的其他電力設備、支架等極為相似，這使控制系統不宜實現目標跟蹤。

(2)螺栓在攝像機獲取的圖像中相對較小，將會丟失自身螺紋形成的紋理信息，增加了控制系統跟蹤定位螺栓的難度。

(3)螺栓的外徑與螺栓孔內徑極為接近，不易準確控制螺栓伸入到螺栓孔徑中。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供了一種基于高壓帶電作業機器人的跌落開關更換控制系統及方法，該控制系統能夠實現精確控制機械臂自動更換高壓輸電線路中的跌落開關，避免了施工人員直接在高壓帶電線路上施工帶來的危險。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于高壓帶電作業機器人的跌落開關更換控制系統，包括：

高壓帶電作業機器人控制單元：用于接收圖像數據處理中心的數據并向機械臂控制單元發送控制命令；

機械臂控制單元：用于控制高壓帶電作業機器人的機械臂通過旋緊或旋出帶有標識的螺栓更換跌落開關；

視覺模塊：用于獲取機械臂前端的圖像并將圖像傳送至圖像數據處理中心；

目標跟蹤模塊：用于利用獲取的圖像數據實時計算當前感興趣目標的移動位置；

圖像數據處理中心：用于對視覺模塊采集到的圖像進行處理，根據圖像信息跟蹤機械臂移動的位置以及需要更換的跌落開關的位置；

所述高壓帶電作業機器人控制單元分別與圖像數據處理中心和機械臂控制單元連接，所述圖像數據處理中心與視覺模塊、目標跟蹤模塊分別連接，所述視覺模塊與目標跟蹤模塊連接，所述機械臂控制單元控制機器人機械臂完成更換跌落操作。

所述視覺模塊包括：光軸交叉雙目攝像機和圖像采集卡；

光軸交叉雙目攝像機設置在機械臂前端用于獲取機械臂前端的圖像以模擬人眼的雙目視覺功能，圖像采集卡用于將雙目攝像機輸出的模擬信號轉換成可運用計算機運算處理的數字信號，所述圖像采集卡至少為兩通道。

所述帶有標識的螺栓兩端涂有醒目的標記色，在所述標記色之間添加螺紋的紋理信息。

所述螺紋的紋理信息為在所述標記色之間添加粗細及間隔不同的條紋，或其他具有顏色信息的紋理。

一種高壓線路跌落開關自動更換控制系統的控制方法，包括跌落開關拆卸控制方法和跌落開關安裝控制方法；

所述跌落開關拆卸控制方法為：視覺模塊獲取雙目視覺圖像，并對雙目圖像進行校正；確定機械臂、設備抓取位置以及螺栓拆卸位置在雙目視覺圖像中的三維坐標，并計算出左、右機械臂移動到設備抓取點、螺栓拆卸點的移動向量，根據移動向量控制機械臂移動，拆卸螺栓；