高壓線路跌落開關(guān)自動(dòng)更換控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)器視覺領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙目視覺的高壓線路中跌落開關(guān)自 動(dòng)更換控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的電力設(shè)備維修需要人工近距離接觸設(shè)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(jī)器視覺等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，各種高危環(huán)境中的作業(yè)已開 始由機(jī)器人替代，高壓輸電線路的設(shè)備維護(hù)亦可以利用機(jī)器人完成。
[0003] 跌落開關(guān)是高壓輸電線路中必不可少的器件，當(dāng)線路中的電流過大，跌落開關(guān)中 的熔絲將會(huì)因電流過大而發(fā)熱熔斷，以達(dá)到保護(hù)線路的目的。通常，跌落開關(guān)熔斷后需要人 工更換維護(hù)，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(jī)器視覺等技術(shù)可使機(jī)器人具有人類的部分智能，可使機(jī)器人代替施工人員在危 險(xiǎn)的環(huán)境中高效、快速地完成施工任務(wù)。但是，針對更換高壓輸電線路中跌落開關(guān)的智能機(jī) 器人控制系統(tǒng)的相關(guān)研宄尚存在空白。
[0004] 由于通常使用的跌落開關(guān)螺栓頂端的外徑與螺栓孔的內(nèi)徑相差極小，因此即使螺 栓與螺栓孔的位置相差I(lǐng)mm時(shí)也不能成功固定跌落開關(guān)。因此，利用機(jī)器視覺、人工智能等 技術(shù)更換跌落開關(guān)時(shí)，需要準(zhǔn)確將跌落開關(guān)上的螺栓孔與固定支架上的螺栓孔對齊，并且 將螺栓準(zhǔn)確的伸入到螺栓固定孔中才能順利完成更換跌落開關(guān)的任務(wù)。
[0005] 另外，在使用機(jī)器視覺、人工智能等技術(shù)固定跌落開關(guān)整個(gè)操作過程中需要根據(jù) 攝像機(jī)獲取的圖像計(jì)算出當(dāng)前螺栓的位置及其相對傾斜方向，以便及時(shí)調(diào)整機(jī)械臂抓取的 螺栓的位姿及位置。螺栓在攝像機(jī)中所表現(xiàn)出的灰度特征與周圍的環(huán)境中其他高壓電設(shè) 施極為相似，且攝像機(jī)所呈現(xiàn)出的螺栓將有可能丟掉其自身螺紋所體現(xiàn)出的特有的紋理信 息，這就增加了跟蹤定位螺栓的難度。
[0006] 經(jīng)過以上分析，智能電力設(shè)備機(jī)器人控制系統(tǒng)在控制更換跌落開關(guān)時(shí)存在以下問 題：
[0007] (1)機(jī)械臂夾取的螺栓在攝像機(jī)捕獲的圖像中所表現(xiàn)出灰度與周圍的其他電力設(shè) 備、支架等極為相似，這使控制系統(tǒng)不宜實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。
[0008] (2)螺栓在攝像機(jī)獲取的圖像中相對較小，將會(huì)丟失自身螺紋形成的紋理信息，增 加了控制系統(tǒng)跟蹤定位螺栓的難度。
[0009] (3)螺栓的外徑與螺栓孔內(nèi)徑極為接近，不易準(zhǔn)確控制螺栓伸入到螺栓孔徑中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供了一種基于雙目視覺的高壓線路跌落 開關(guān)自動(dòng)更換控制系統(tǒng)及控制方法，該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制機(jī)械臂自動(dòng)更換高壓輸 電線路中的跌落開關(guān)，避免了施工人員直接在高壓帶電線路上施工帶來的危險(xiǎn)。
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0012] -種高壓線路跌落開關(guān)自動(dòng)更換控制系統(tǒng)，包括：
[0013] 機(jī)器人控制單元：用于接收圖像數(shù)據(jù)處理中心的數(shù)據(jù)并向機(jī)械臂控制單元發(fā)送控 制命令；
[0014] 機(jī)械臂控制單元：用于控制機(jī)器人的機(jī)械臂通過旋緊或旋出帶有標(biāo)識的螺栓更換 跌落開關(guān)；
[0015] 視覺模塊：用于獲取機(jī)械臂前端的圖像并將圖像傳送至圖像數(shù)據(jù)處理中心；
[0016] 目標(biāo)跟蹤模塊：用于利用獲取的圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前感興趣目標(biāo)的移動(dòng)位置；
[0017] 圖像數(shù)據(jù)處理中心：用于對視覺模塊采集到的圖像進(jìn)行處理，根據(jù)圖像信息跟蹤 機(jī)械臂移動(dòng)的位置以及需要更換的跌落開關(guān)的位置；
[0018] 所述機(jī)器人控制單元分別與圖像數(shù)據(jù)處理中心和機(jī)械臂控制單元連接，所述圖像 數(shù)據(jù)處理中心與視覺模塊、目標(biāo)跟蹤模塊分別連接，所述視覺模塊與目標(biāo)跟蹤模塊連接，所 述機(jī)械臂控制單元控制機(jī)器人機(jī)械臂完成更換跌落操作。
[0019] 所述視覺模塊包括：光軸交叉雙目攝像機(jī)和圖像采集卡；
[0020] 光軸交叉雙目攝像機(jī)設(shè)置在機(jī)械臂前端用于獲取機(jī)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(jī)輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成可運(yùn)用計(jì)算機(jī)運(yùn)算 處理的數(shù)字信號，所述圖像采集卡至少為兩通道。
[0021] 所述帶有標(biāo)識的螺栓兩端涂有醒目的標(biāo)記色，在所述標(biāo)記色之間添加螺紋的紋理 信息。
[0022] 所述螺紋的紋理信息為在所述標(biāo)記色之間添加粗細(xì)及間隔不同的條紋，或其他具 有顏色信息的紋理。
[0023] -種高壓線路跌落開關(guān)自動(dòng)更換控制系統(tǒng)的控制方法，包括跌落開關(guān)拆卸控制方 法和跌落開關(guān)安裝控制方法；
[0024] 所述跌落開關(guān)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(jìn)行 校正；確定機(jī)械臂、設(shè)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(biāo)，并計(jì) 算出左、右機(jī)械臂移動(dòng)到設(shè)備抓取點(diǎn)、螺栓拆卸點(diǎn)的移動(dòng)向量，根據(jù)移動(dòng)向量控制機(jī)械臂移 動(dòng)，拆卸螺栓；
[0025] 所述跌落開關(guān)安裝控制方法為：確定待安裝設(shè)備的抓取位置、螺栓的頂端及尾端 在雙目圖像中的三維坐標(biāo)，分別通過坐標(biāo)相減計(jì)算夾取設(shè)備和夾取螺栓的機(jī)械臂的移動(dòng)向 量，控制機(jī)械臂將螺栓放入螺栓孔徑中，安裝設(shè)備。
[0026] 所述跌落開關(guān)拆卸控制方法具體為：
[0027] 步驟一：視覺模塊獲取雙目視覺圖像，分別標(biāo)定左右攝像機(jī)，對雙目視覺圖像進(jìn)行 校正；
[0028] 步驟二：人工輔助確定機(jī)械臂、設(shè)備抓取位置、螺栓拆卸位置在雙目視覺圖像中的 位置；
[0029] 步驟三：分別計(jì)算步驟二中確定的各個(gè)位置的三維坐標(biāo)，通過坐標(biāo)相減計(jì)算出左、 右機(jī)械臂移動(dòng)到設(shè)備抓取點(diǎn)、螺栓拆卸點(diǎn)的移動(dòng)向量；
[0030] 步驟四：根據(jù)移動(dòng)向量控制機(jī)械臂將螺栓脫離螺栓孔，拆卸設(shè)備。
[0031] 所述跌落開關(guān)安裝控制方法具體為：
[0032] 步驟一：人工輔助確定待安裝設(shè)備的抓取位置、螺栓的頂端及尾端在雙目圖像中 的位置；
[0033] 步驟二：計(jì)算夾取設(shè)備機(jī)械臂的移動(dòng)向量，控制機(jī)械臂移動(dòng)；
[0034] 移動(dòng)過程中，在雙目視覺圖像中實(shí)時(shí)跟蹤設(shè)備的移動(dòng)位置，并計(jì)算設(shè)備當(dāng)前位置 的三維坐標(biāo)，重新生成移動(dòng)向量后引導(dǎo)機(jī)械臂的下一步移動(dòng)方式，直至將設(shè)備移動(dòng)到指定 位置；
[0035] 步驟三：通過坐標(biāo)相減計(jì)算夾取螺栓機(jī)械臂的移動(dòng)向量，控制機(jī)械臂移動(dòng)；
[0036] 移動(dòng)過程中，在雙目圖像中實(shí)時(shí)跟蹤螺栓的位置，并計(jì)算螺栓兩端當(dāng)前位置的三 維坐標(biāo)，根據(jù)螺栓兩端的三維坐標(biāo)計(jì)算螺栓當(dāng)前的位姿及當(dāng)前的移動(dòng)向量；根據(jù)計(jì)算結(jié)果 控制機(jī)械臂不斷調(diào)整螺栓位姿及移動(dòng)方式，直至將螺栓移動(dòng)到指定位置；
[0037] 步驟四：控制機(jī)械臂將螺栓放入螺栓孔徑中，安裝設(shè)備。
[0038] 確定雙目圖像中相應(yīng)設(shè)備位置的三維坐