CN109129488A - 一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法及装置，本申请利用双视觉系统，通过第一摄像模块获取机器人主体和故障点的全局位置坐标，并根据得到的全局位置坐标控制所述机器人主体进行初次定位，再由设置在机器人主体的机械臂末端的第二摄像模块获取故障点的局部位置坐标控制机器人主体进行二次精确定位，其中，本申请通过将作为全局摄像头的第一摄像模块设置于近地端，避免了全局摄像头随着绝缘斗臂车升上高空后，受到机械臂在作业中震动以及高空风力的作用引起摄像头扰动，进而降低了全局摄像头初次定位的精确度，进而影响到机器人主体二次定位精确度的技术问题。

Description

一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法及装置

技术领域

本申请涉及自动化控制领域，尤其涉及一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法及装置。

背景技术

随着社会发展和科技的进步，人类社会的活动无时无刻离不开电。及时解除用电故障，保证稳定供电成为了电力运维人员的首要任务。而近年来，随着机器人主体技术的不断成熟，电力运维部门已经逐渐改用机器人主体替代人进行高空带电作业，降低操作人员的工作强度和风险程度。

现有的高空作业机器人主体的机械臂的末端安装有双目摄像头，让机器人主体具有一定的自动化作业能力，同时安装有一个全局摄像头，用于监控机器人主体整个作业环境，然而高空抢修一般需要借助绝缘斗臂车，而全局摄像头一般安装在绝缘斗臂车上，当全局摄像头随着绝缘斗臂车升上高空时，容易受到机械臂在作业中震动以及高空风力的作用引起摄像头扰动，进而降低了全局摄像头对故障点的定位精确度，导致了现有的高空作业机器人主体自主作业的准确度低及作业效率低的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法及装置，用于解决现有的高空作业机器人主体自主作业的准确度低及作业效率低的技术问题。

本申请提供了一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法，包括：

S1：获取通过设置于地面的第一摄像模块拍摄得到的全局图像数据；

S2：根据所述全局图像数据构建以所述第一摄像模块为原点的第一三维空间坐标系，并根据所述全局图像数据和所述第一三维空间坐标系确定从机器人主体对应的全局坐标值到故障点对应的全局坐标值的第一平移向量；

S3：根据所述第一平移向量对所述机器人主体进行初次定位；

S4：获取通过设置在所述机器人主体中的机械臂末端的第二摄像模块拍摄得到的局部图像数据；

S5：根据所述局部图像数据构建以所述第二摄像模块为原点的第二三维空间坐标系，并确定所述故障点在所述局部三维空间坐标系下的局部坐标值；

S6：根据所述第二三维空间坐标系的原点和所述机器人主体中的预设点的相对位置，根据第一坐标映射公式将所述故障点局部坐标值映射在以所述机器人主体的所述预设点为原点的第三三维空间坐标系中，得到第二局部坐标值；

S7：根据所述第二局部坐标值和所述第三三维空间坐标系的原点，得到所述机器人主体至所述第二局部坐标值的第二平移向量；

S8：根据所述第二平移向量对所述机器人主体进行二次定位，当所述机器人主体与所述故障点的坐标差量小于第一距离阈值时，结束定位。

优选地，所述第一坐标映射公式为：

其中，R是一个3*3的单位正交矩阵，T是所述第二三维空间坐标系的原点到所述第三三维空间坐标系的原点的平移向量。(x,y,z)代表所述故障点在第二三维空间坐标系下局部坐标值，(X,Y,Z)代表与所述局部坐标值对应的第二局部坐标值。

优选地，所述第一摄像模块具体为长焦双目视觉摄像模块。

优选地，所述第二摄像模块具体为高精度双目视觉摄像模块。

优选地，所述机器人主体上固定有标志物，以便从所述全局图像数据中锁定所述机器人主体。

本申请提供了一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位装置，包括：

第一数据获取单元，用于获取通过设置于地面的第一摄像模块拍摄得到的全局图像数据；

第一空间建模单元，用于根据所述全局图像数据构建以所述第一摄像模块为原点的第一三维空间坐标系，并根据所述全局图像数据和所述第一三维空间坐标系确定从机器人主体对应的全局坐标值到故障点对应的全局坐标值的第一平移向量；

初次定位控制单元，用于根据所述第一平移向量对所述机器人主体进行初次定位；

第二数据获取单元，用于获取通过设置在所述机器人主体中的机械臂末端的第二摄像模块拍摄得到的局部图像数据；

第二空间建模单元，用于根据所述局部图像数据构建以所述第二摄像模块为原点的第二三维空间坐标系，并确定所述故障点在所述局部三维空间坐标系下的局部坐标值；

空间坐标映射单元，用于根据所述第二三维空间坐标系的原点和所述机器人主体中的预设点的相对位置，根据第一坐标映射公式将所述故障点局部坐标值映射在以所述机器人主体的所述预设点为原点的第三三维空间坐标系中，得到第二局部坐标值；

二次定位控制量生成单元，用于根据所述第二局部坐标值和所述第三三维空间坐标系的原点，得到所述机器人主体至所述第二局部坐标值的第二平移向量；

二次定位驱动单元，用于根据所述第二平移向量对所述机器人主体进行二次定位，当所述机器人主体与所述故障点的坐标差量小于第一距离阈值时，结束定位。

优选地，所述第一坐标映射公式为：

其中，R是一个3*3的单位正交矩阵，T是所述第二三维空间坐标系的原点到所述第三三维空间坐标系的原点的平移向量。(x,y,z)代表所述故障点在第二三维空间坐标系下局部坐标值，(X,Y,Z)代表与所述局部坐标值对应的第二局部坐标值。

优选地，所述第一摄像模块具体为长焦双目视觉摄像模块。

优选地，所述第二摄像模块具体为高精度双目视觉摄像模块。

优选地，所述机器人主体上固定有标志物，以便从所述全局图像数据中锁定所述机器人主体。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法，包括：S1：获取通过设置于地面的第一摄像模块拍摄得到的全局图像数据；S2：根据所述全局图像数据构建以所述第一摄像模块为原点的第一三维空间坐标系，并根据所述全局图像数据和所述第一三维空间坐标系确定从机器人主体对应的全局坐标值到故障点对应的全局坐标值的第一平移向量；S3：根据所述第一平移向量对所述机器人主体进行初次定位；S4：获取通过设置在所述机器人主体中的机械臂末端的第二摄像模块拍摄得到的局部图像数据；S5：根据所述局部图像数据构建以所述第二摄像模块为原点的第二三维空间坐标系，并确定所述故障点在所述局部三维空间坐标系下的局部坐标值；S6：根据所述第二三维空间坐标系的原点和所述机器人主体中的预设点的相对位置，根据第一坐标映射公式将所述故障点局部坐标值映射在以所述机器人主体为原点的第三三维空间坐标系中，得到第二局部坐标值；S7：根据所述第二局部坐标值和所述第三三维空间坐标系的原点，得到所述机器人主体至所述第二局部坐标值的第二平移向量；S8：根据所述第二平移向量对所述机器人主体进行二次定位，当所述机器人主体与所述故障点的坐标差量小于第一距离阈值时，结束定位。

本申请利用双视觉系统，通过第一摄像模块获取机器人主体和故障点的全局位置坐标，并根据得到的全局位置坐标控制所述机器人主体进行初次定位，再由设置在机器人主体的机械臂末端的第二摄像模块获取故障点的局部位置坐标控制机器人主体进行二次精确定位，其中，本申请通过将作为全局摄像头的第一摄像模块设置于近地端，避免了全局摄像头随着绝缘斗臂车升上高空后，受到机械臂在作业中震动以及高空风力的作用引起摄像头扰动，进而降低了全局摄像头初次定位的精确度，进而影响到机器人主体二次定位精确度的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请提供的一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本申请提供的一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位装置的一个实施例的结构示意图；

图3为本申请提供的一种基于近地全局视觉的高空检修机器人的系统架构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法及装置，用于解决现有的高空作业机器人主体自主作业的准确度低及作业效率低的技术问题。

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1和图3，本申请实施例提供了一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法，包括：

101：获取通过设置于地面的第一摄像模块拍摄得到的全局图像数据；

需要说明的是，在利用高空作业机器人进行电力维护时，通常会将机器人主体安装在绝缘斗臂车上，本实施例首先在近地面端设置有第一摄像模块，并通过第一摄像模块获取包含故障点和机器人主体的全局图像数据然后继续执行步骤102。

102：根据全局图像数据构建以第一摄像模块为原点的第一三维空间坐标系，并根据全局图像数据和第一三维空间坐标系确定从机器人主体对应的全局坐标值到故障点对应的全局坐标值的第一平移向量；

需要说明的是，从第一摄像模块获取的全局图像数据中提取出机器人主体、故障点和第一摄像模块三者之间的相对位置信息，并根据此相对位置信息构建以第一摄像模块为原点的第一三维空间坐标系，再根据机器人主体和故障点在第一三维空间坐标系中的坐标值，计算出机器人主体到故障点的第一平移向量。

103：根据第一平移向量对机器人主体进行初次定位；

104：获取通过设置在机器人主体中的机械臂末端的第二摄像模块拍摄得到的局部图像数据；

105：根据局部图像数据构建以第二摄像模块为原点的第二三维空间坐标系，并确定故障点在局部三维空间坐标系下的局部坐标值；

需要说明的是，从第二摄像模块获取的局部图像数据中提取出故障点和第二摄像模块两者之间的相对位置信息，并根据此相对位置信息构建以第二摄像模块为原点的第二三维空间坐标系，并确定故障点在局部三维空间坐标系下的局部坐标值。

106：根据第二三维空间坐标系的原点和机器人主体中的预设点的相对位置，根据第一坐标映射公式将故障点局部坐标值映射在以机器人主体的预设点为原点的第三三维空间坐标系中，得到第二局部坐标值；

需要说明的是，本实施例中的机器人主体中的预设点为机器人主体结构中的一个特定的位置，一般选择机器人主体的底座的中心点作为预设点，此预设点一般用于指示机器人主体的位置，另外，第二三维空间坐标系的原点(第二摄像模块)和机器人主体中的预设点的相对位置，可以通过从机器人控制伺服获取的控制参数确定机器人的机械臂末端与机器人底座的相对位置，进而可以确定第二三维空间坐标系的原点(第二摄像模块)到机器人主体中的预设点的平移向量；

然后根据第二三维空间坐标系的原点(第二摄像模块)到机器人主体中的预设点的平移向量以及第二三维空间坐标系包含的坐标信息，可以结合第一坐标映射公式将以第二三维空间坐标系下的故障点的局部坐标值换算成得以机器人主体的预设点为原点的第三三维空间坐标系中故障点的第二局部坐标值。

其中，本实施例提及的第一坐标映射公式为：

其中，R是一个3*3的单位正交矩阵，T是第二三维空间坐标系的原点到第三三维空间坐标系的原点的平移向量。(x,y,z)代表故障点在第二三维空间坐标系下局部坐标值，(X,Y,Z)代表与局部坐标值对应的第二局部坐标值。

更具体的，将第二三维空间坐标系下的故障点局部坐标值(x,y,z)需要进一步映射到以机器人中的预设点为基准的第三三维空间坐标系下的坐标值(X,Y,Z)，得到故障点在第三三维空间坐标系下的位置估计。其映射关系如公式(1)所示，目标空间坐标系经过R矩阵进行旋转，然后再经过向量T进行平移得到第三三维空间坐标系。

可以理解的是，本实施例的第三三维空间坐标系并非通过建模生成的三维坐标模型，而是基于第二三维空间坐标系通过原点平移和坐标换算后得到的一个新的坐标系。

107：根据第二局部坐标值和第三三维空间坐标系的原点，得到机器人主体至第二局部坐标值的第二平移向量；

108：根据第二平移向量对机器人主体进行二次定位，当机器人主体与故障点的坐标差量小于第一距离阈值时，结束定位。

本申请实施例通过采用基于近地全局视觉进行机器人高空电力检修，通过在近地端架设长焦第一摄像模块捕获整个机器人高空作业环境作为全局视觉监控，解决了将全局摄像头固定在高空绝缘斗臂车上带来的视觉扰动不足造成的定位偏差大的技术问题，确保了机器人高空检修时的初次定位的精确度，再通过在机械臂末端安装的第二摄像模块用于进行二次精确定位，达到了机器人高空检修的整体精确度提高的效果，也实现机械臂自动化精准定位检修。

以上为本申请提供的一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法的一个实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位装置的详细说明。

请参阅图2，本申请实施例提供了一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位装置，包括：

第一数据获取单元401，用于获取通过设置于地面的第一摄像模块拍摄得到的全局图像数据；

第一空间建模单元402，用于根据全局图像数据构建以第一摄像模块为原点的第一三维空间坐标系，并根据全局图像数据和第一三维空间坐标系确定从机器人主体对应的全局坐标值到故障点对应的全局坐标值的第一平移向量；

初次定位控制单元403，用于根据第一平移向量对机器人主体进行初次定位；

第二数据获取单元404，用于获取通过设置在机器人主体中的机械臂末端的第二摄像模块拍摄得到的局部图像数据；

第二空间建模单元405，用于根据局部图像数据构建以第二摄像模块为原点的第二三维空间坐标系，并确定故障点在局部三维空间坐标系下的局部坐标值；

空间坐标映射单元406，用于根据第二三维空间坐标系的原点和机器人主体中的预设点的相对位置，根据第一坐标映射公式将故障点局部坐标值映射在以机器人主体的预设点为原点的第三三维空间坐标系中，得到第二局部坐标值；

二次定位控制量生成单元407，用于根据第二局部坐标值和第三三维空间坐标系的原点，得到机器人主体至第二局部坐标值的第二平移向量；

二次定位驱动单元408，用于根据第二平移向量对机器人主体进行二次定位，当机器人主体与故障点的坐标差量小于第一距离阈值时，结束定位。

优选地，第一坐标映射公式为：

其中，R是一个3*3的单位正交矩阵，T是第二三维空间坐标系的原点到第三三维空间坐标系的原点的平移向量。(x,y,z)代表故障点在第二三维空间坐标系下局部坐标值，(X,Y,Z)代表与局部坐标值对应的第二局部坐标值。

为了能更好的实现本实施例的定位效果，本申请在上述实施例的基础上还包括以下特征：

进一步地，第一摄像模块具体为长焦双目视觉摄像模块。

进一步地，第二摄像模块具体为高精度双目视觉摄像模块。

进一步地，机器人主体上固定有标志物，以便从全局图像数据中锁定机器人主体。

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。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

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申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法，其特征在于，包括：

S1：获取通过设置于地面的第一摄像模块拍摄得到的全局图像数据；

S2：根据所述全局图像数据构建以所述第一摄像模块为原点的第一三维空间坐标系，并根据所述全局图像数据和所述第一三维空间坐标系确定从机器人主体对应的全局坐标值到故障点对应的全局坐标值的第一平移向量；

S3：根据所述第一平移向量对所述机器人主体进行初次定位；

S4：获取通过设置在所述机器人主体中的机械臂末端的第二摄像模块拍摄得到的局部图像数据；

S5：根据所述局部图像数据构建以所述第二摄像模块为原点的第二三维空间坐标系，并确定所述故障点在所述局部三维空间坐标系下的局部坐标值；

S6：根据所述第二三维空间坐标系的原点和所述机器人主体中的预设点的相对位置，根据第一坐标映射公式将所述故障点局部坐标值映射在以所述机器人主体的所述预设点为原点的第三三维空间坐标系中，得到第二局部坐标值；

S7：根据所述第二局部坐标值和所述第三三维空间坐标系的原点，得到所述机器人主体至所述第二局部坐标值的第二平移向量；

S8：根据所述第二平移向量对所述机器人主体进行二次定位，当所述机器人主体与所述故障点的坐标差量小于第一距离阈值时，结束定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法，其特征在于，所述第一坐标映射公式为：

其中，R是一个3*3的单位正交矩阵，T是所述第二三维空间坐标系的原点到所述第三三维空间坐标系的原点的平移向量。(x,y,z)代表所述故障点在第二三维空间坐标系下局部坐标值，(X,Y,Z)代表与所述局部坐标值对应的第二局部坐标值。

3.根据权利要求1所述的一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法，其特征在于，所述第一摄像模块具体为长焦双目视觉摄像模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法，其特征在于，所述第二摄像模块具体为高精度双目视觉摄像模块。

5.根据权利要求1所述的一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位方法，其特征在于，所述机器人主体上固定有标志物，以便从所述全局图像数据中锁定所述机器人主体。

6.一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位装置，其特征在于，包括：

第一数据获取单元，用于获取通过设置于地面的第一摄像模块拍摄得到的全局图像数据；

第一空间建模单元，用于根据所述全局图像数据构建以所述第一摄像模块为原点的第一三维空间坐标系，并根据所述全局图像数据和所述第一三维空间坐标系确定从机器人主体对应的全局坐标值到故障点对应的全局坐标值的第一平移向量；

初次定位控制单元，用于根据所述第一平移向量对所述机器人主体进行初次定位；

第二数据获取单元，用于获取通过设置在所述机器人主体中的机械臂末端的第二摄像模块拍摄得到的局部图像数据；

第二空间建模单元，用于根据所述局部图像数据构建以所述第二摄像模块为原点的第二三维空间坐标系，并确定所述故障点在所述局部三维空间坐标系下的局部坐标值；

空间坐标映射单元，用于根据所述第二三维空间坐标系的原点和所述机器人主体中的预设点的相对位置，根据第一坐标映射公式将所述故障点局部坐标值映射在以所述机器人主体的所述预设点为原点的第三三维空间坐标系中，得到第二局部坐标值；

二次定位控制量生成单元，用于根据所述第二局部坐标值和所述第三三维空间坐标系的原点，得到所述机器人主体至所述第二局部坐标值的第二平移向量；

二次定位驱动单元，用于根据所述第二平移向量对所述机器人主体进行二次定位，当所述机器人主体与所述故障点的坐标差量小于第一距离阈值时，结束定位。

7.根据权利要求6所述的一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位装置，其特征在于，所述第一坐标映射公式为：

其中，R是一个3*3的单位正交矩阵，T是所述第二三维空间坐标系的原点到所述第三三维空间坐标系的原点的平移向量。(x,y,z)代表所述故障点在第二三维空间坐标系下局部坐标值，(X,Y,Z)代表与所述局部坐标值对应的第二局部坐标值。

8.根据权利要求6所述的一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位装置，其特征在于，所述第一摄像模块具体为长焦双目视觉摄像模块。

9.根据权利要求6所述的一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位装置，其特征在于，所述第二摄像模块具体为高精度双目视觉摄像模块。

10.根据权利要求6所述的一种基于近地全局视觉的高空检修机器人定位装置，其特征在于，所述机器人主体上固定有标志物，以便从所述全局图像数据中锁定所述机器人主体。