[發明專利]一種基于三維點云模型的智能消防機器人控制方法

在審

• 申請號: 202110285775.8
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113101584A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 湯錦慧;伍發元;肖齊;辛建波;劉專;毛夢婷
• 申請（專利權）人: 國網江西省電力有限公司電力科學研究院;國網江西省電力有限公司;國家電網有限公司
• 主分類號: A62C37/00
• 分類號: A62C37/00;A62C27/00
• 代理公司: 南昌豐擇知識產權代理事務所(普通合伙) 36137
• 代理人: 吳稱生

本發明公開一種基于三維點云模型的智能消防機器人控制方法，包括以下步驟：建立機器人坐標系和三維點云模型映射關系，從紅外相機捕獲到的畫面中提取異常升溫點坐標后，確定機器人末端的期待位姿，建立末端期待齊次變換矩陣，然后使用Pieper方法求解機器人各軸關節角度，選擇最近解為最優解，控制機器人移動至期望位置開啟高壓細水霧噴槍閥門進行降溫，直至溫度降至告警閾值以下，結束降溫，機器人復位。本發明使用旋轉平移矩陣和三軸相交的Pieper方法，借助現場三維點云模型，能夠實現六軸消防機器人對著火場異常升溫點的精確定位，能夠避免因變壓器異常升溫甚至發生火災爆炸對工作人員人身安全、電力系統帶來的威脅和損失。

技術領域

本發明涉及變電站消防領域，具體涉及一種基于三維點云模型的智能消防機器人控制方法。

背景技術

目前現有的變壓器水介質的消防系統多采用低壓框架式水噴淋滅火系統，大多采用固定式噴頭，安裝復雜，占地面積大，噴頭數量多，運維工作量大，協同效果差，噴水效果不佳，滅火效果不理想；并且各消防子系統都是獨立的消防系統，存在集中管理程度低、無本地綜合預警和遠程交互功能、聯動及時性差、信息系統不具備智能分析能力等問題，不符合國家電網“變電站細水霧滅火技術”要求，因此急需一種安全、經濟、有效的消防滅火手段。同現有手段相比，應用了六軸機器人的智能消防系統具有設備結構小、施工成本低、滅火啟動快、便于控制、及時消滅早期火災、滅火由人工智能控制或人員遠程參與控制、滅火人員遠離火災現場、安全性高，高壓細水霧節約用水、滅火效果好，現場設備簡單不影響主變日常維護檢修等優點。

六自由度的機器人運動學反解非常復雜，一般沒有封閉解。在應用D-H法建立運動學方程的基礎上，進行一定的解析計算后發現，位置反解往往有很多個，不能得到有效的封閉解。

發明內容

針對目前技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種基于三維點云模型的智能消防機器人控制方法，

此種控制方法將紅外相機識別到的異常升溫點的位置信息與三維點云模型進行比對，得到異常升溫點的坐標位置，通過旋轉平移矩陣和Pieper方法，自動解算出六軸消防機器人各關節角轉動的角度，為六軸消防機器人的定位提供輔助。應用此種控制方法的智能消防機器人，配合立柱電機及高壓細水霧泵組，能夠實現對異常升溫點的精準、快速降溫，大大提高了變電站現場消防系統的安全性。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：基于三維點云模型的智能消防機器人控制方法，具體步驟如下：

步驟1、通過三維激光雷達現場掃描建立現場三維點云模型；

步驟2、建立機器人坐標系和三維點云模型的映射關系；

步驟3、將紅外相機捕獲到畫面的異常升溫點與三維點云模型進行比對，提取異常升溫點坐標；

步驟4、確定機器人末端期待位姿，建立齊次坐標矩陣；

步驟5、使用Pieper方法求解機器人各軸關節角度，選擇最小移動角度為最優解；

步驟6、控制機器人移動至相應位置，進行降溫，直至溫度降至告警閾值以下；

步驟7、結束降溫，機器人復位。

具體地，步驟2中，機器人上電，將立柱電機降至立柱最底部；通過機器人示教器上的按鈕手動調整各軸，使得機器人第二軸第三軸間的連桿垂直于立柱，第三軸第四軸連桿與立柱平行，第六軸的軸線z方向指向世界坐標系z軸的反方向，將此位置設置為機械臂各軸電機原點；將機械臂調整至最佳啟動位姿待機，記錄并保存此時機械臂位姿的關節偏移與世界坐標；確定立柱電機底座為三維點云模型的原點，六軸機械臂底座為機器人坐標系原點，建立機器人坐標系與三維點云模型的映射關系。

具體地，步驟4中，計算機器人的正運動學，由于機器人各關節參數已知，可求解其末端坐標系{E}相對于基坐標系{B}的變換映射。

其中，關節坐標系i到i-1的變換關系為：