CN106527436B - 一种机器人姿态检测和作业控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人姿态检测和作业控制方法及装置，用于通过倾角传感器对巡检机器人摆角进行实时采样，然后采用一种基于摆角值周期性正负异号特征来拟合摆角波形曲线的方法对采样序列进行正弦波形曲线拟合，得到摆角变化频率F和幅值A，与机器人运动安全数据比较来控制机器人的运动规划和巡检策略。本发明方法包括：获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列；对采集到的所述横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合；通过分析所述正弦波形曲线特征获取摆角实时频率和幅值；根据预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A调整机器人运动规划和巡检策略。

Description

一种机器人姿态检测和作业控制方法及装置

技术领域

本发明涉及输电线路机器人巡检技术领域，尤其涉及一种机器人姿态检测和作业控制方法及装置。

背景技术

输电线路巡视是电网运行维护中的一项重要常规性工作，一直以来，均采用人工巡线来完成，即人工沿线行走，借助望远镜或红外热成像仪或测距仪等，在地面或登塔对线路的导/地线及其各种金具、杆塔、线路走廊及其交叉跨越等进行观察、巡视、测量和记录，为线路的维护及电力调度提供现场第一手信息。采用巡检机器人巡检线路，是解决目前人工巡线难和难于巡线的有效技术手段。

然而现有技术中巡检机器人不具备风载作用下的摆动幅度检测功能，也没有风载作用下的机器人相应控制方法。

所以现有技术存在一定缺陷，当风载作用引起机器人较大幅度摆动时，工作人员将不能正确判断机器人的摆动状况，只能凭借人工经验对机器人进行操作控制，造成工作人员不能做出正确的巡检策略，也不能进行实时规划控制，从而不仅使得巡检成像质量得不到保证，而且机器人行驶(尤其是越障)的安全性得不到保障。

发明内容

本发明实施例公开了一种机器人姿态检测和作业控制方法及装置，用于通过倾角传感器对巡检机器人摆角进行实时采样，然后采用一种基于摆角值周期性正负异号特征来拟合摆角波形曲线的方法对采样序列进行正弦波形曲线拟合，得到摆角变化频率F和幅值A，与机器人运动安全数据比较来控制机器人的运动规划和巡检策略，解决了现有技术中机器人在风载作用下摆动造成的工作人员不能做出正确的巡检策略，也不能进行实时规划控制，从而不仅使得巡检成像质量得不到保证，而且机器人行驶(尤其是越障)的安全性得不到保障的技术问题。

本发明实施例提供的一种机器人姿态检测和作业控制方法，包括：

获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列；

对采集到的所述横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合；

通过分析所述正弦波形曲线特征获取摆角实时频率和幅值；

根据预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A调整机器人运动规划和巡检策略。

可选地，

在获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列之前还包括：

通过倾角传感器实时采集机器人的横向摆角序列。

可选地，

对采集到的所述横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合具体为：

采用一种基于摆角值周期性正负异号特征来拟合摆角波形曲线的方法对对采集到的所述横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合。

可选地，

通过分析所述正弦波形曲线特征获取摆角实时频率和幅值具体为：

获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的幅值；

获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的摆角数值发生正负异号次数cnt并通过预置的公式t＝T/(1+0.5(cnt-3))和F＝1/t计算摆角实时频率F。

可选地，

根据预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A调整机器人运动规划和巡检策略具体为：

对预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A进行判断：

若摆角实时频率F小于预置的机器人拍摄照片巡检的最大摆动频率Fq，则将机器人设置为拍摄照片巡检，否则将机器人设置为拍视频巡查；

若幅值A小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac，则将机器人的过塔方式设置为滚动越障；

若幅值A不小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac且小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人的过塔方式设置为蠕动越障；

若幅值A不小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人设置为停止作业。

本发明实施例提供的一种机器人姿态检测和作业控制装置，包括：

获取单元，用于获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列；

曲线拟合单元，用于对采集到的所述横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合；

分析计算单元，用于通过分析所述正弦波形曲线特征获取摆角实时频率和幅值；

控制单元，用于根据预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A调整机器人运动规划和巡检策略。

可选地，

所述机器人姿态检测和作业控制装置还包括：

倾角传感器，用于实时采集机器人的横向摆角序列。

可选地，

所述曲线拟合单元，具体用于采用一种基于摆角值周期性正负异号特征来拟合摆角波形曲线的方法对对采集到的所述横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合。

可选地，

所述分析计算单元具体包括幅值分析计算子单元和频率分析计算子单元；

所述幅值分析计算子单元，用于获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的幅值；

所述频率分析计算子单元，用于获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的摆角数值发生正负异号次数cnt并通过预置的公式t＝T/(1+0.5(cnt-3))和F＝1/t计算摆角实时频率F。

可选地，

所述控制单元，具体用于对预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A进行判断：

若摆角实时频率F小于预置的机器人拍摄照片巡检的最大摆动频率Fq，则将机器人设置为拍摄照片巡检，否则将机器人设置为拍视频巡查；

若幅值A小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac，则将机器人的过塔方式设置为滚动越障；

若幅值A不小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac且小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人的过塔方式设置为蠕动越障；

若幅值A不小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人设置为停止作业。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

通过倾角传感器对巡检机器人摆角进行实时采样，然后采用一种基于摆角值周期性正负异号特征来拟合摆角波形曲线的方法对采样序列进行正弦波形曲线拟合，得到摆角变化频率F和幅值A，与机器人运动安全数据比较来控制机器人的运动规划和巡检策略，解决了现有技术中机器人在风载作用下摆动造成的工作人员不能做出正确的巡检策略，也不能进行实时规划控制，从而不仅使得巡检成像质量得不到保证，而且机器人行驶(尤其是越障)的安全性得不到保障的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种机器人姿态检测和作业控制方法的一个实施例的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种机器人姿态检测和作业控制方法的另一个实施例的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种机器人姿态检测和作业控制装置的一个实施例的结构图；

图4为本发明实施例提供的一种机器人姿态检测和作业控制装置的另一个实施例的结构图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种机器人姿态检测和作业控制方法及装置，用于通过倾角传感器对巡检机器人摆角进行实时采样，然后采用一种基于摆角值周期性正负异号特征来拟合摆角波形曲线的方法对采样序列进行正弦波形曲线拟合，得到摆角变化频率F和幅值A，与机器人运动安全数据比较来控制机器人的运动规划和巡检策略，解决了现有技术中机器人在风载作用下摆动造成的工作人员不能做出正确的巡检策略，也不能进行实时规划控制，从而不仅使得巡检成像质量得不到保证，而且机器人行驶(尤其是越障)的安全性得不到保障的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种机器人姿态检测和作业控制方法的一个实施例，包括：

101，获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列。

102，对采集到的横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合。

103，通过分析正弦波形曲线特征获取摆角实时频率和幅值。

104，根据预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A调整机器人运动规划和巡检策略。

在本发明实施例中，首先获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列，然后对采集到的横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合，然后再通过分析正弦波形曲线特征获取摆角实时频率和幅值，最后根据预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A调整机器人运动规划和巡检策略。

本发明实施例提供的一种机器人姿态检测和作业控制方法的另一个实施例，包括：

201，通过倾角传感器实时采集机器人的横向摆角序列；

在本发明实施例中，首先通过倾角传感器实时采集机器人的横向摆角序列，需要说明的是，倾角传感器的采样率是一定的。

202，获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列；

在本发明实施例中，在通过倾角传感器实时采集机器人的横向摆角序列之后，需要获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列。

203，采用一种基于摆角值周期性正负异号特征来拟合摆角波形曲线的方法对对采集到的横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合；

在本发明实施例中，在获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列后，需要采用一种基于摆角值周期性正负异号特征来拟合摆角波形曲线的方法对对采集到的横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合，需要说明的是，机器人质量大，风载作用中受自身惯性影响明显，在固定的某一小段时间范围内，认为机器人摆角值轨迹呈正弦曲线规律变化，将摆角值进行正弦曲线拟合，而且在机器人获取较高质量摆角值序列的前提下，采用一种基于摆角值周期性正负异号特征来拟合摆角值曲线波形变化的方法，对机器人控制系统要求较低易于实现。

204，获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的幅值；

在本发明实施例中，在采用一种基于摆角值周期性正负异号特征来拟合摆角波形曲线的方法对对采集到的横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合之后，需要获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的幅值，需要说明的是，正弦波形曲线的幅值即机器人在预置的固定时间T内的最大摆角值。

205，获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的摆角数值发生正负异号次数cnt并通过预置的公式t＝T/(1+0.5(cnt-3))和F＝1/t计算摆角实时频率F；

在获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的幅值之后，需要获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的摆角数值发生正负异号次数cnt并通过预置的公式t＝T/(1+0.5(cnt-3))和F＝1/t计算摆角实时频率F，需要说明的是，在一个完整的正弦周期内横向摆角序列发生了三次正负异号，此后每增加半个周期，异号次数增加一次，因此可以从第一次异号起始，根据在固定时间段T内摆角值发生异号次数计算出机器人摆动周期，即可得到摆动频率F。

206，对预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A进行判断：

若摆角实时频率F小于预置的机器人拍摄照片巡检的最大摆动频率Fq，则将机器人设置为拍摄照片巡检，否则将机器人设置为拍视频巡查；

若幅值A小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac，则将机器人的过塔方式设置为滚动越障；

若幅值A不小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac且小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人的过塔方式设置为蠕动越障；

若幅值A不小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人设置为停止作业；

在本发明实施例中，在获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的摆角数值发生正负异号次数cnt并通过预置的公式t＝T/(1+0.5(cnt-3))和F＝1/t计算摆角实时频率F之后，需要对预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A进行判断：若摆角实时频率F小于预置的机器人拍摄照片巡检的最大摆动频率Fq，则将机器人设置为拍摄照片巡检，否则将机器人设置为拍视频巡查；若幅值A小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac，则将机器人的过塔方式设置为滚动越障；若幅值A不小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac且小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人的过塔方式设置为蠕动越障；若幅值A不小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人设置为停止作业。

本发明实施例提供的一种机器人姿态检测和作业控制装置的一个实施例，包括：

获取单元301，用于获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列；

曲线拟合单元302，用于对采集到的横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合；

分析计算单元303，用于通过分析正弦波形曲线特征获取摆角实时频率和幅值；

控制单元304，用于根据预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A调整机器人运动规划和巡检策略。

本发明实施例提供的一种机器人姿态检测和作业控制装置的另一个实施例，包括：

倾角传感器401，用于实时采集机器人的横向摆角序列；

获取单元402，用于获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列；

曲线拟合单元403，具体用于采用一种基于摆角值周期性正负异号特征来拟合摆角波形曲线的方法对对采集到的横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合。

分析计算单元404具体包括幅值分析计算子单元4041和频率分析计算子单元4042；

幅值分析计算子单元4041，用于获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的幅值；

频率分析计算子单元4042，用于获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的摆角数值发生正负异号次数cnt并通过预置的公式t＝T/(1+0.5(cnt-3))和F＝1/t计算摆角实时频率F。

控制单元405，具体用于对预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A进行判断：

若摆角实时频率F小于预置的机器人拍摄照片巡检的最大摆动频率Fq，则将机器人设置为拍摄照片巡检，否则将机器人设置为拍视频巡查；

若幅值A小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac，则将机器人的过塔方式设置为滚动越障；

若幅值A不小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac且小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人的过塔方式设置为蠕动越障；

若幅值A不小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人设置为停止作业。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种机器人姿态检测和作业控制方法，其特征在于，包括：

获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列；

对采集到的所述横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合；

通过分析所述正弦波形曲线特征获取摆角实时频率和幅值；

根据预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A调整机器人运动规划和巡检策略。

2.根据权利要求1所述的机器人姿态检测和作业控制方法，其特征在于，在获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列之前还包括：

通过倾角传感器实时采集机器人的横向摆角序列。

3.根据权利要求1所述的机器人姿态检测和作业控制方法，其特征在于，对采集到的所述横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合具体为：

采用一种基于摆角值周期性正负异号特征来拟合摆角波形曲线的方法对采集到的所述横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合。

4.根据权利要求1所述的机器人姿态检测和作业控制方法，其特征在于，通过分析所述正弦波形曲线特征获取摆角实时频率和幅值具体为：

获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的幅值；

获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的摆角数值发生正负异号次数cnt并通过预置的公式t＝T/(1+0.5(cnt-3))和F＝1/t计算摆角实时频率F。

5.根据权利要求1所述的机器人姿态检测和作业控制方法，其特征在于，根据预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A调整机器人运动规划和巡检策略具体为：

对预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A进行判断：

若摆角实时频率F小于预置的机器人拍摄照片巡检的最大摆动频率Fq，则将机器人设置为拍摄照片巡检，否则将机器人设置为拍视频巡查；

若幅值A小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac，则将机器人的过塔方式设置为滚动越障；

若幅值A不小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac且小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人的过塔方式设置为蠕动越障；

若幅值A不小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人设置为停止作业。

6.一种机器人姿态检测和作业控制装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取倾角传感器实时采集到的机器人的横向摆角序列；

曲线拟合单元，用于对采集到的所述横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合；

分析计算单元，用于通过分析所述正弦波形曲线特征获取摆角实时频率和幅值；

控制单元，用于根据预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A调整机器人运动规划和巡检策略。

7.根据权利要求6所述的机器人姿态检测和作业控制装置，其特征在于，还包括：

倾角传感器，用于实时采集机器人的横向摆角序列。

8.根据权利要求6所述的机器人姿态检测和作业控制装置，其特征在于，所述曲线拟合单元，具体用于采用一种基于摆角值周期性正负异号特征来拟合摆角波形曲线的方法对采集到的所述横向摆角序列进行正弦波形曲线拟合。

9.根据权利要求6所述的机器人姿态检测和作业控制装置，其特征在于，所述分析计算单元具体包括幅值分析计算子单元和频率分析计算子单元；

所述幅值分析计算子单元，用于获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的幅值；

所述频率分析计算子单元，用于获取预置的固定时间T内正弦波形曲线的摆角数值发生正负异号次数cnt并通过预置的公式t＝T/(1+0.5(cnt-3))和F＝1/t计算摆角实时频率F。

10.根据权利要求6所述的机器人姿态检测和作业控制装置，其特征在于，所述控制单元，具体用于对预置的机器人运动安全数据和获取的摆角实时频率F和幅值A进行判断：

若摆角实时频率F小于预置的机器人拍摄照片巡检的最大摆动频率Fq，则将机器人设置为拍摄照片巡检，否则将机器人设置为拍视频巡查；

若幅值A小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac，则将机器人的过塔方式设置为滚动越障；

若幅值A不小于预置的滚动越障过程允许的最大摆角值Ac且小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人的过塔方式设置为蠕动越障；

若幅值A不小于预置的高空作业下允许的最大安全摆角值Amax，则将机器人设置为停止作业。