CN110948489B - 一种带电作业机器人安全工作空间限定方法及系统 - Google Patents
一种带电作业机器人安全工作空间限定方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110948489B CN110948489B CN201911227111.5A CN201911227111A CN110948489B CN 110948489 B CN110948489 B CN 110948489B CN 201911227111 A CN201911227111 A CN 201911227111A CN 110948489 B CN110948489 B CN 110948489B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- robot
- safety wall
- setting
- virtual safety
- charged body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/16—Programme controls
- B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
- B25J9/163—Programme controls characterised by the control loop learning, adaptive, model based, rule based expert control
Abstract
本发明公开了一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，包括基于采集的机器人作业环境数据，构建环境模型；对环境模型中的带电体进行识别和定位；根据识别和定位结果，设定带电体和机器人之间的虚拟安全墙；采用机器人运动学算法将机器人运动限制在安全墙内。同时公开了相应的系统。本发明对实时环境进行建模，对模型中的带电体进行识别和定位，基于识别和定位结果设定虚拟安全墙，将机器人运动限制在安全墙内，对环境的依赖程度不高，可应用到动态变化的环境中。
Description
技术领域
本发明涉及一种带电作业机器人安全工作空间限定方法及系统，属于电力配网带电作业技术领域。
背景技术
配网作为电力系统末端，是服务用户、保证电力持续供给的关键环节，其可靠性在供电系统中占据极其重要的位置。随着科技的发展，采用机器人对电网进行检修维护是一种趋势。高压、非结构化的作业环境对配网带电作业机器人的性能带来极大的挑战。加上配网线路排布密集，工作空间小，因此对机器人带电作业安全性提出更高的要求。在机器人作业过程中，除完成复杂的作业任务外，还要求机器人不能与导线等带电体发生干涉，否则可能会导致事故的发生。因此，对机器人工作空间进行动态限制，将机器人控制在安全运动空间内十分必要。
目前对机器人安全工作空间的限制主要采用物理隔离的方式，通常使用围栏等硬件设施和光栅等传感设备将机器人限定在一定的运动范围内，从而与机器人运动过程中可能发生干涉的外部环境进行隔离。但是这种方式仅仅适用于机器人工作环境较为固定的情况，难以应用于动态变化的环境中。
发明内容
本发明提供了一种带电作业机器人安全工作空间限定方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，包括，
基于采集的机器人作业环境数据，构建环境模型；
对环境模型中的带电体进行识别和定位；
根据识别和定位结果，设定带电体和机器人之间的虚拟安全墙；
采用机器人运动学算法将机器人运动限制在安全墙内。
构建环境模型的过程为，
采集的机器人作业环境的点云数据，将点云坐标统一到以机器人基坐标系为基准的世界坐标系下，构建环境模型。
对环境模型中的带电体进行识别和定位的过程为，
利用预训练的深度学习模型，对环境模型中的带电体进行匹配；
响应于匹配结果为导线，对导线进行拟合，求取中心线位置和方向，中心线位置和方向作为导线定位结果；
响应于匹配结果为绝缘子，使用框体包围绝缘子，求取框体空间坐标，框体空间坐标作为绝缘子定位结果。
设定带电体和机器人之间虚拟安全墙的过程为，
基于带电体识别和定位结果，确定作业的配网线路类型；
获取与配网线路类型匹配的虚拟安全墙设定规则；
根据虚拟安全墙设定规则、带电体识别和定位结果，设定虚拟安全墙。
对不同配网线路进行建模，确定各配网线路的虚拟安全墙设置位置和设置形式，虚拟安全墙设置位置和设置形式构成虚拟安全墙设定规则。
虚拟安全墙将机器人工作空间分为安全区域、缓冲区域和停止区域。
采用机器人运动学算法将机器人运动限制在安全墙内的过程为，
A1）建立机器人运动学模型；
A2）根据机器人运动学模型，求取给定目标位置和姿态下各关节的转角以及各关节转角对应的关节位置；
A3）以虚拟安全墙作为约束条件，筛选关节转角，以机器人为参考，若所有筛选出的关节转角对应的关节位置均在停止区域内，则结束，否则转至步骤A4；
A4）在当前位置与目标位置之间按一定步长进行插补，得到插补点位置；
A5）在每个插补点位置，重复步骤A2和A3，获取机器人在工作空间内的运动轨迹；
A6）将运动轨迹发送到机器人，控制机器人完成作业。
一种带电作业机器人安全工作空间限定系统，包括，
环境模型构建模块：基于采集的机器人作业环境数据，构建环境模型；
识别定位模块：对环境模型中的带电体进行识别和定位；
虚拟安全墙设定模块：根据识别和定位结果，设定带电体和机器人之间的虚拟安全墙；
控制模块：采用机器人运动学算法将机器人运动限制在安全墙内。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行带电作业机器人安全工作空间限定方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行带电作业机器人安全工作空间限定方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明对实时环境进行建模，对模型中的带电体进行识别和定位，基于识别和定位结果设定虚拟安全墙，将机器人运动限制在安全墙内，对环境的依赖程度不高，可应用到动态变化的环境中。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为机器人作业环境进行扫描建模的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，包括以下步骤：
步骤1，构建虚拟安全墙设定标准库。
对不同配网线路进行建模，确定各配网线路的虚拟安全墙设置位置和设置形式，虚拟安全墙设置位置和设置形式构成虚拟安全墙设定规则，构建虚拟安全墙设定标准库。
步骤2，基于采集的机器人1作业环境数据，构建环境模型。
参见图2，在机器人1到达预定工作位置后，可利用激光雷达2采集作业环境的点云数据，将点云坐标统一到以机器人1基坐标系为基准的世界坐标系下，构建环境模型。
步骤3，对环境模型中的带电体进行识别和定位，其中带电体包括导线3和绝缘子4。
利用预训练的深度学习模型，对环境模型中的带电体进行匹配；响应于匹配结果为导线3，对导线3进行拟合，求取中心线位置和方向，中心线位置和方向作为导线3定位结果；响应于匹配结果为绝缘子4，使用框体包围绝缘子4，求取框体空间坐标，框体空间坐标作为绝缘子4定位结果。
步骤4，根据识别和定位结果，设定带电体和机器人1之间的虚拟安全墙。
虚拟安全墙用于限定机器人1工作空间，而将带电体隔离于安全墙外，为充分保护机器人1安全，在带电体前设立两道安全墙，其中一道用于降低机器人1运动速度，另一道用于使机器人1停止运动，即虚拟安全墙将机器人1工作空间分为安全区域、缓冲区域和停止区域，其中安全墙以机器人臂的横截面的最大包络圆的半径进行划分，安全区域为远离带电体2倍半径区域，缓冲区域为远离带电体1.5倍至2倍半径区域，停止区域为靠近带电体1.5倍半径区域。
虚拟安全墙设定的过程如下：
1）基于带电体识别和定位结果，确定作业的配网线路类型；
2）从虚拟安全墙设定标准库中，获取与配网线路类型匹配的虚拟安全墙设定规则；
3）根据虚拟安全墙设定规则、带电体识别和定位结果，设定虚拟安全墙；设定虚拟安全墙可根据实际情况进行人为优化。
步骤5，采用机器人1运动学算法将机器人1运动限制在安全墙内。
具体过程如下：
A1）建立机器人1运动学模型；
A2）根据机器人运动学模型，求取给定目标位置和姿态下各关节的转角以及各关节转角对应的关节位置；
A3）以虚拟安全墙作为约束条件，筛选关节转角，以机器人为参考，若所有筛选出的关节转角对应的关节位置均在停止区域内，则结束，否则转至步骤A4；
A4）在当前位置与目标位置之间按一定步长进行插补，得到插补点位置；
A5）在每个插补点位置，重复步骤A2和A3，获取机器人在工作空间内的运动轨迹；
A6）将运动轨迹发送到机器人1，控制机器人1完成作业。
上述方法对实时环境进行建模，对模型中的带电体进行识别和定位，基于识别和定位结果设定虚拟安全墙，将机器人1运动限制在安全墙内，对环境的依赖程度不高，可应用到动态变化的环境中；同时该方法仅需增加激光雷达2，通过程序实现对机器人1的控制，相较于传统方法成本低。
上述方法综合利用作业环境实时点云数据和机器人1运动学模型，对带电作业机器人1的运动空间进行安全限制，提高了机器人1带电作业的自动化水平，降低了机器人1带电作业过程中的安全风险。
一种带电作业机器人安全工作空间限定系统，包括，
环境模型构建模块：基于采集的机器人1作业环境数据，构建环境模型；
识别定位模块：对环境模型中的带电体进行识别和定位；
虚拟安全墙设定模块：根据识别和定位结果，设定带电体和机器人1之间的虚拟安全墙；
控制模块：采用机器人1运动学算法将机器人1运动限制在安全墙内。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备带电作业机器人安全工作空间限定方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行带电作业机器人安全工作空间限定方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，其特征在于：包括，
基于采集的机器人作业环境数据，构建环境模型；
对环境模型中的带电体进行识别和定位；
根据识别和定位结果，设定带电体和机器人之间的虚拟安全墙；过程为：基于带电体识别和定位结果，确定作业的配网线路类型；获取与配网线路类型匹配的虚拟安全墙设定规则；根据虚拟安全墙设定规则、带电体识别和定位结果，设定虚拟安全墙；其中，对不同配网线路进行建模，确定各配网线路的虚拟安全墙设置位置和设置形式，虚拟安全墙设置位置和设置形式构成虚拟安全墙设定规则；
采用机器人运动学算法将机器人运动限制在安全墙内。
2.根据权利要求1所述的一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，其特征在于：构建环境模型的过程为，
采集的机器人作业环境的点云数据，将点云坐标统一到以机器人基坐标系为基准的世界坐标系下，构建环境模型。
3.根据权利要求1所述的一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，其特征在于：对环境模型中的带电体进行识别和定位的过程为，
利用预训练的深度学习模型，对环境模型中的带电体进行匹配；
响应于匹配结果为导线，对导线进行拟合，求取中心线位置和方向，中心线位置和方向作为导线定位结果；
响应于匹配结果为绝缘子，使用框体包围绝缘子，求取框体空间坐标，框体空间坐标作为绝缘子定位结果。
4.根据权利要求1所述的一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，其特征在于：虚拟安全墙将机器人工作空间分为安全区域、缓冲区域和停止区域。
5.根据权利要求4所述的一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，其特征在于：采用机器人运动学算法将机器人运动限制在安全墙内的过程为，
A1）建立机器人运动学模型；
A2）根据机器人运动学模型，求取给定目标位置和姿态下各关节的转角以及各关节转角对应的关节位置；
A3）以虚拟安全墙作为约束条件，筛选关节转角，以机器人为参考，若所有筛选出的关节转角对应的关节位置均在停止区域内，则结束，否则转至步骤A4；
A4）在当前位置与目标位置之间按一定步长进行插补，得到插补点位置；
A5）在每个插补点位置，重复步骤A2和A3，获取机器人在工作空间内的运动轨迹；
A6）将运动轨迹发送到机器人，控制机器人完成作业。
6.一种带电作业机器人安全工作空间限定系统，其特征在于：包括，
环境模型构建模块：基于采集的机器人作业环境数据，构建环境模型；
识别定位模块：对环境模型中的带电体进行识别和定位；
虚拟安全墙设定模块：根据识别和定位结果，设定带电体和机器人之间的虚拟安全墙；过程为：基于带电体识别和定位结果，确定作业的配网线路类型；获取与配网线路类型匹配的虚拟安全墙设定规则；根据虚拟安全墙设定规则、带电体识别和定位结果，设定虚拟安全墙；其中，对不同配网线路进行建模，确定各配网线路的虚拟安全墙设置位置和设置形式，虚拟安全墙设置位置和设置形式构成虚拟安全墙设定规则；
控制模块：采用机器人运动学算法将机器人运动限制在安全墙内。
7.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至5所述的方法中的任一方法。
8.一种计算设备，其特征在于：包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至5所述的方法中的任一方法的指令。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911227111.5A CN110948489B (zh) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | 一种带电作业机器人安全工作空间限定方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911227111.5A CN110948489B (zh) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | 一种带电作业机器人安全工作空间限定方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110948489A CN110948489A (zh) | 2020-04-03 |
| CN110948489B true CN110948489B (zh) | 2022-11-04 |
Family
ID=69979702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911227111.5A Active CN110948489B (zh) | 2019-12-04 | 2019-12-04 | 一种带电作业机器人安全工作空间限定方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110948489B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111660314B (zh) * | 2020-05-09 | 2022-08-16 | 北京配天技术有限公司 | 机器人停止缓冲区划分方法、设备及存储装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101274399A (zh) * | 2007-03-26 | 2008-10-01 | 株式会社神户制钢所 | 工件定位装置的控制装置 |
| CN103481285A (zh) * | 2013-09-16 | 2014-01-01 | 国家电网公司 | 基于现实虚拟技术的高压带电作业机器人控制系统及方法 |
| CN106695790A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-24 | 广东宝乐机器人股份有限公司 | 一种机器人的移动控制方法及机器人 |
| CN109101966A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-12-28 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 基于深度学习的工件识别定位和姿态估计系统和方法 |
| CN109434870A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-03-08 | 国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 | 一种用于机器人带电作业的虚拟现实操作系统 |
| CN109658432A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-19 | 南京苏美达智能技术有限公司 | 一种移动机器人的边界生成方法及系统 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3975959B2 (ja) * | 2003-04-23 | 2007-09-12 | トヨタ自動車株式会社 | ロボット動作規制方法とその装置およびそれを備えたロボット |
| CN110255380B (zh) * | 2019-06-25 | 2021-01-29 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 吊车作业方法和装置 |
-
2019
- 2019-12-04 CN CN201911227111.5A patent/CN110948489B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101274399A (zh) * | 2007-03-26 | 2008-10-01 | 株式会社神户制钢所 | 工件定位装置的控制装置 |
| CN103481285A (zh) * | 2013-09-16 | 2014-01-01 | 国家电网公司 | 基于现实虚拟技术的高压带电作业机器人控制系统及方法 |
| CN106695790A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-24 | 广东宝乐机器人股份有限公司 | 一种机器人的移动控制方法及机器人 |
| CN109101966A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-12-28 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 基于深度学习的工件识别定位和姿态估计系统和方法 |
| CN109434870A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-03-08 | 国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 | 一种用于机器人带电作业的虚拟现实操作系统 |
| CN109658432A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-19 | 南京苏美达智能技术有限公司 | 一种移动机器人的边界生成方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110948489A (zh) | 2020-04-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2017404562A1 (en) | System and method of controlling obstacle avoidance of robot, robot and storage medium | |
| CN111923039B (zh) | 一种基于强化学习的冗余机械臂路径规划方法 | |
| CN110986953B (zh) | 路径规划方法、机器人及计算机可读存储介质 | |
| Gao et al. | Hybrid optimal kinematic parameter identification for an industrial robot based on BPNN-PSO | |
| CN104457566A (zh) | 一种无须示教机器人系统的空间定位方法 | |
| CN109531577B (zh) | 机械臂标定方法、装置、系统、介质、控制器及机械臂 | |
| CN107838922B (zh) | 一种机器人免重复示教的方法 | |
| US10821603B2 (en) | Methods and apparatus for robot control | |
| GB2584608A (en) | Robot motion optimization system and method | |
| CN111152226B (zh) | 一种机器人工作轨迹规划方法及系统 | |
| CN105690389A (zh) | 一种通用型多自由度机器人测试平台及控制方法 | |
| CN114460965B (zh) | 一种基于改进人工势场法的无人机三维避障方法 | |
| US10875176B2 (en) | Process control using deep learning training model | |
| Brecher et al. | Towards anthropomorphic movements for industrial robots | |
| CN110948489B (zh) | 一种带电作业机器人安全工作空间限定方法及系统 | |
| Glogowski et al. | Robot speed adaption in multiple trajectory planning and integration in a simulation tool for human-robot interaction | |
| Li et al. | Hybrid trajectory replanning-based dynamic obstacle avoidance for physical human-robot interaction | |
| Becker et al. | Automation of post-processing in additive manufacturing with industrial robots | |
| CN116079747A (zh) | 机器人跨具身控制方法、系统、计算机设备和存储介质 | |
| US20220143836A1 (en) | Computer-readable recording medium storing operation control program, operation control method, and operation control apparatus | |
| JP2013136109A (ja) | 干渉判定装置及び干渉判定方法 | |
| Gao et al. | Path optimization of welding robot based on ant colony and genetic algorithm | |
| CN117075617B (zh) | 机器人轨迹规划方法、装置、存储介质及电子设备 | |
| CN110625612A (zh) | 基于ros的可视化带电作业机器人碰撞检测方法 | |
| Raufelder | Modeling Analysis of Attitude Perception of Engineering Manipulator Supporting Wireless Communication and Internet of Things |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220616 Address after: No. 19, Jiangning District, Jiangning District, Nanjing, Jiangsu Applicant after: NARI TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: STATE GRID TIANJIN ELECTRIC POWER Co. Applicant after: STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Applicant after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Address before: No. 19, Jiangning District, Jiangning District, Nanjing, Jiangsu Applicant before: NARI TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant before: STATE GRID TIANJIN ELECTRIC POWER Co. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |