技術(shù)特征：

1.一種輸電線路巡檢機(jī)器人視覺伺服抓線控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)建模：根據(jù)機(jī)器人本體設(shè)計(jì)特征，建立機(jī)器人關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，獲取機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)方程；

(2)建立抓線運(yùn)動的手眼模型：利用機(jī)器人相機(jī)獲取的包含輸電線路與機(jī)器人手臂的圖像，建立采集圖像坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的相對關(guān)系，描述機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)角與輸電線圖像特征變化的關(guān)系；

(3)構(gòu)建伺服抓線控制器：根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型與抓線運(yùn)動的手眼模型，建立雙層閉環(huán)構(gòu)架的控制閉環(huán)，由機(jī)器人伺服控制器控制巡檢機(jī)器人本體組成第一層閉環(huán)，通過視覺伺服控制器分析圖像自動生成控制指令，并傳送給機(jī)器人伺服控制器，組成第二層閉環(huán)。

(4)設(shè)計(jì)視覺伺服控制器：通過圖像處理計(jì)算抓線圖像的特征偏差，設(shè)計(jì)伺服控制器。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸電線路巡檢機(jī)器人視覺伺服抓線控制方法，其特征在于，所述機(jī)器人運(yùn)動學(xué)建模包括以下步驟：

在機(jī)器人各關(guān)節(jié)處建立關(guān)節(jié)坐標(biāo)系，獲取各關(guān)節(jié)處D-H參數(shù)；

以機(jī)器人在線手臂作為基座，計(jì)算機(jī)器人脫線手臂的運(yùn)動學(xué)方程，獲取脫線手臂的末端位姿：

$T_C^L=\left[\begin{array}{cccc}{C}_{\left(\mathrm{\α}+\mathrm{\β}\right)}{C}_{34}& -C_{\left(\mathrm{\α}+\mathrm{\β}\right)}{S}_{34}& S_{\left(\mathrm{\α}+\mathrm{\β}\right)}& d_{ac}{S}_{\left(\mathrm{\α}+\mathrm{\β}\right)}+d_m{C}_{\left(\mathrm{\α}+\mathrm{\β}\right)}{C}_3\\ S_{34}& C_{34}& 0& d_m{S}_3\\ -S_{\left(\mathrm{\α}+\mathrm{\β}\right)}{C}_{34}& S_{\left(\mathrm{\α}+\mathrm{\β}\right)}{S}_{34}& C_{\left(\mathrm{\α}+\mathrm{\β}\right)}& r_w+d_{ac}{C}_{\left(\mathrm{\α}+\mathrm{\β}\right)}-d_m{S}_{\left(\mathrm{\α}+\mathrm{\β}\right)}{C}_3\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right]$

其中，α與β分別為線路傾角與箱體傾角，C_α+β與S_α+β分別代表cos(α+β)與sin(α+β)，d_m為雙臂間距，C_ij與S_ij分別代表cos(θ_i+θ_j)與sin(θ_i+θ_j)，質(zhì)心移動距離d_ac＝l₆+l₄-l₃-l₂+d₄-d₃，l₂與l₅為上臂長度，l₃與l₄為下臂長度，l₆與l₇為相機(jī)距離，d₃與d₄為移動關(guān)節(jié)伸縮量，θ₃與θ₄為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動量，r_w為驅(qū)動輪輪徑。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸電線路巡檢機(jī)器人視覺伺服抓線控制方法，其特征在于，所述機(jī)器人抓線運(yùn)動的手眼模型為：

抓線運(yùn)動的中心透視投影關(guān)系模型為：

$\left[\begin{array}{c}u\\ v\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{S}_x& 0& u_0\\ 0& S_y& v_0\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}f& 0& 0\\ 0& f& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_c/z_c\\ y_c/z_c\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{f}_x& 0& u_0\\ 0& f_y& v_0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_c/z_c\\ y_c/z_c\\ 1\end{array}\right]$

若設(shè)輸電線路上一點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)，則u與v是目標(biāo)點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，s_x與s_y是X和Y方向上的采樣頻率；f是相機(jī)焦距，f_x＝f·s_x與f_u＝f·s_y為等效焦距，u₀與v₀是圖像物理坐標(biāo)系原點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，(x_c，y_c，z_c)是目標(biāo)點(diǎn)在攝像機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；

設(shè)輸電線上目標(biāo)點(diǎn)P，在基礎(chǔ)坐標(biāo)系與攝像機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分別為L_P和C_P，根據(jù)建立的運(yùn)動學(xué)模型可以得到：

$L_P=T_C^L{C}_P$

其中，為攝像機(jī)坐標(biāo)到基礎(chǔ)坐標(biāo)系的齊次變換矩陣；

結(jié)合聯(lián)立以上兩方程，并進(jìn)行求導(dǎo)計(jì)算，得到機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)角θ₃和θ₄的導(dǎo)數(shù)與輸電線圖像特征變化的關(guān)系，即抓線運(yùn)動的手眼模型：

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{u}\\ \stackrel{\·}{v}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{U}_1-U_2& U_1\\ -V1-V2& -V_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_3\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_4\end{array}\right]=J\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}$

其中，$U_1=\frac{f_x\left(v-v_0\right)}{f_y},U_2=\frac{f_x{d}_m{S}_4}{z_c},V_1=\frac{f_y(u-u_0)}{f_x},V_2=\frac{f_y{d}_m{C}_4}{z_c},$J為圖像雅克比矩陣，描述機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)角與輸電線圖像特征變化的關(guān)系。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種輸電線路巡檢機(jī)器人視覺伺服抓線控制方法，其特征在于，所述設(shè)計(jì)視覺伺服控制器包括以下步驟：

(1)對機(jī)器人采集的線路圖像進(jìn)行預(yù)處理，采用Ostu方法將預(yù)處理后的灰度圖像分割為二值圖像，然后進(jìn)行形態(tài)學(xué)濾波，用以減弱背景的影響；

(2)提取圖像中的直線特征，利用sobel算子提取抓線圖像的邊緣，通過霍夫變換提取亮度最大的兩條直線，作為輸電線路的兩邊緣；

(3)計(jì)算圖像的特征偏差，建立偏差坐標(biāo)系，偏差坐標(biāo)系原點(diǎn)為驅(qū)動輪中 心點(diǎn)，x軸y軸分別為驅(qū)動輪輪槽與軸線方向；根據(jù)偏差坐標(biāo)系原點(diǎn)與輸電線中軸線中心點(diǎn)計(jì)算位移偏差值，定義輸電線中心點(diǎn)偏離行走輪橫向中心線的像素為λ_d；根據(jù)輸電線兩邊沿斜率的平均值計(jì)算姿態(tài)偏差值，定義輸電線相對行走輪橫向中心線偏轉(zhuǎn)的角度為θ_d，通過[λ_d θ_d]^T來定義圖像空間中特征的變化；

(4)設(shè)計(jì)基于圖像雅克比矩陣J的伺服控制器，定義圖像特征誤差為e＝f_d-f(t)＝[λ_d θ_d]^T，其中，f_d＝[λ₀ θ₀]^T為期望的位姿特征值，λ₀是驅(qū)動輪處于最佳落線狀態(tài)時(shí)輸電線中心點(diǎn)偏離行走輪橫向中心線的像素?cái)?shù)，θ₀是驅(qū)動輪處于最佳落線狀態(tài)時(shí)輸電線相對行走輪橫向中心線偏轉(zhuǎn)的角度，f(t)＝[λ(t) θ(t)]^T為視覺反饋的位姿特征值，設(shè)位姿控制變量為u(t)＝Δq，設(shè)計(jì)控制器u＝KJ⁺e，其中K為正比例系數(shù)，J⁺為圖像雅克比矩陣的逆陣；定義圖像特征誤差的容差為[ε_d δ_d]^T，ε_d是安全落線時(shí)輸電線中心點(diǎn)偏離行走輪橫向中心線的最大容許像素?cái)?shù)，δ_d是安全落線狀態(tài)時(shí)輸電線相對行走輪橫向中心線偏轉(zhuǎn)的最大容許角度，利用控制器自主調(diào)節(jié)機(jī)器人行走輪與輸電線的相對位姿，使λ_d＜ε_d，θ_d＜δ_d，從而保證機(jī)器人驅(qū)動輪處于線路上方適合落線位置，完成自主抓線動作。