[發(fā)明專利]一種面向高空沉降環(huán)境的帶電檢修機(jī)器人高精度作業(yè)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111452665.2
• 申請日: 2021-11-30
• 公開（公告）號: CN114240982A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 簡旭;李勁彬;汪濤;陳雋;吳傳奇;任劼帥;文雅欽;陳文豪;孫雙學(xué);李勝祖;張亮;楊選超;盧忠黎
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院;國網(wǎng)湖北省電力有限公司武漢供電公司;國網(wǎng)湖北省電力有限公司荊門供電公司
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/50;G06T7/70;G06T7/90;G06V20/10;H02G1/02;G06V10/74;G06F17/16;B25J11/00
• 代理公司: 武漢楚天專利事務(wù)所 42113
• 代理人: 胡盛登

1.一種面向高空沉降環(huán)境的帶電檢修機(jī)器人高精度作業(yè)方法，其特征在于，機(jī)器人包括機(jī)械臂、RGB-D相機(jī)、螺栓更換工裝、直流電源以及螺栓放置工具箱，作業(yè)方法包括以下具體步驟：

機(jī)器人運(yùn)動到作業(yè)點(diǎn)，絕緣斗臂車將機(jī)器人送到目標(biāo)金具的正前方；

金具RGB-D圖像獲取，啟動RGB-D相機(jī)，RGB攝像頭直接獲取目標(biāo)金具的彩色圖，結(jié)構(gòu)光發(fā)生器在目標(biāo)金具表面創(chuàng)建面陣的紅外光斑，雙目相機(jī)獲取左右圖像并對左右圖像的特征點(diǎn)進(jìn)行快速立體匹配，再根據(jù)三角測距原理計算出目標(biāo)金具深度圖，最終獲取目標(biāo)金具的RGB-D圖像；

螺栓識別和姿態(tài)計算，基于螺栓的六角形特征，采用基于形狀模板匹配算法進(jìn)行螺栓識別，通過提取四個螺栓中間的平面3D點(diǎn)云，采用最小二乘法計算螺栓的空間姿態(tài)，并得到相機(jī)坐標(biāo)系下金具平面的姿態(tài)；

螺栓工裝正對金具，將機(jī)械臂的運(yùn)動進(jìn)行分解，機(jī)械臂末端的螺栓工裝成功對正金具平面；

基于人工監(jiān)控的誤差調(diào)整，通過在監(jiān)控畫面上在工裝正對螺栓的畫面上標(biāo)一個圓圈標(biāo)記，擬合螺栓頭，根據(jù)圓圈標(biāo)記進(jìn)行機(jī)械臂的位置控制，從而補(bǔ)償沉降誤差，實(shí)現(xiàn)螺栓工裝的中心軸與螺栓頭對齊；

金具檢修作業(yè)，機(jī)器人在螺栓工裝的中心軸與螺栓頭對齊后對金具進(jìn)行檢修作業(yè)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向高空沉降環(huán)境的帶電檢修機(jī)器人高精度作業(yè)方法，其特征在于，所述金具RGB-D圖像獲取步驟中，RGB-D相機(jī)還包括補(bǔ)光燈，補(bǔ)光燈用于在暗光情況下的RGB攝像頭直接獲取目標(biāo)金具的彩色圖。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向高空沉降環(huán)境的帶電檢修機(jī)器人高精度作業(yè)方法，其特征在于，所述螺栓識別和姿態(tài)計算步驟中，采用基于形狀模板匹配算法進(jìn)行螺栓識別的具體步驟為：

目標(biāo)金具的RGB-D圖像中金具圖像I₀，從金具圖像I₀中獲取螺栓圖像I₁；

螺栓圖像I₁進(jìn)行邊緣特征提取處理，處理后的圖像M₁由一系列點(diǎn)p_i＝(r_i,c_i)^T以及相應(yīng)的方向矢量d_i＝(u_i,v_i)^T,i＝1,2...n組成，其中：

①i表示螺栓特征圖像M₁的系列特征點(diǎn)，i＝1,2,...,n；

②r_i和c_i分別表示螺栓特征圖像M₁中第i個特征點(diǎn)所在行和列；

③u_i和v_i分別表示螺栓特征圖像M₁中第i個特征點(diǎn)對應(yīng)方向矢量的水平分量和垂直分量；

④T表示矩陣轉(zhuǎn)置；

使用二階標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)矩陣A變換M₁，并分離平移部分，獲得旋轉(zhuǎn)后的分量p′_i(p′_i＝Ap_i)，和對應(yīng)的方向向量d′_i(d′_i＝Ad_i)，從金具圖像I₀獲取處理后的圖像M₀；

假設(shè)在M₀中有一個點(diǎn)q＝(x,y)^T，并且對應(yīng)的方向向量是e_(x,y)＝(U_(x,y),V_(x,y))^T，其中U_(x,y)表示方向向量的水平分量，V_(x,y)表示垂直分量，圖像I₁與圖像I₀在特定點(diǎn)q＝(x,y)^T匹配時，歸一化方向矢量的點(diǎn)積之和即為相似性度量s，計算公式表示如下：

在上式中：

①s表示螺栓特征圖像M₁在金具特征圖像M₀上一點(diǎn)q＝(x,y)^T匹配時的相似性度量值；x表示匹配位置q點(diǎn)的橫坐標(biāo)，y表示其縱坐標(biāo)；

②d′_i為螺栓特征圖像M₁第i個點(diǎn)的方向矢量d_i經(jīng)旋轉(zhuǎn)矩陣A處理后的方向向量，公式為d′_i＝Ad_i；其中A為二階旋轉(zhuǎn)矩陣；且d′_i＝(u′_i,v′_i)^T，其中u′_i表示旋轉(zhuǎn)后方向向量的水平分量，v′_i表示其垂直分量；

③e_q+p'表示金具特征圖像M₀上匹配點(diǎn)q加入螺栓特征旋轉(zhuǎn)分量p′后的方向向量，由e_(x,y)＝(U_(x,y),V_(x,y))^T、q＝(x,y)^T、p′_i＝(r′_i,c′_i)三部分組成，則有

根據(jù)上述公式，通過對圖像I₀進(jìn)行遍歷，在圖像I₀中的四個位置得最大的s，即代表檢測到了最相似的四個螺栓，完成螺栓識別。