CN110988586A - 一种配网带电作业机器人作业精准定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，所述方法包括如下步骤：获取激光雷达扫描传感器的位置信息；根据目标作业点的位置信息和太阳光方向，获取扫描点的位置信息；根据所述扫描点的位置信息对扫描点进行扫描作业，获取扫描点的点云数据；根据所述激光雷达扫描传感器的位置信息将点云数据变换到机械臂坐标系，获取有效点云数据；根据所述有效点云数据对目标作业对象进行图像分析处理，获取作业位置。本发明提升了作业定位精度，实现机器人作业操作自动化。

Description

一种配网带电作业机器人作业精准定位方法及系统

技术领域

本发明属于电工技术领域，具体涉及用于配网带电作业机器人作业精准定位方法，尤其涉及配网带电作业机器人点云生成和作业点选择方法。

背景技术

供电企业负责运营的配网处于电力系统末端，是服务用户、保证电力持续供给的关键环节，其可靠性在整个供电系统中占有非常重要的位置。一般情况下，停电检修是电网日常维护检修最常用的方式。但是，停电将直接影响居民用户的日常生活，及工农商业用户的生产经营活动，甚至会带来严重的经济损失，不利于社会和谐稳定；停电检修后的倒闸操作也可能会对系统内的设备造成冲击伤害，影响设备的使用寿命。减少配网停电检修时间、提升供电可靠性和服务水平，已成为提升供电企业服务水平的重要手段。因此，供电企业需不断加强配网不停电作业能力建设，努力坚持遵循配网检修作业 “能带不停”原则，改善区域营商环境，为电力用户创造更多的经济效益和社会效益。当前，不停电作业已成为电力设备检修、检测、业扩、改造的重要手段，在减少停电损失、降低线损、提高可靠性指标、开展在线监测和状态检修方面都发挥了积极作用，并将发展成为状态检修和主动检修的主要手段。

带电作业采用机器人代替人工进行带电作业操作，为提高机器人作业操作的可靠性，需要对机器人的作业位置定位进行精准定位，目前，配网带电作业机器人因精度的不够，部分作业环节需要人工参与辅助调节，降低了机器人的自动化作业水平。为提升配网带电机器人的作业环节的自动化水平。

目前，配网带电作业机器人采用的定位方法主要有“滑台+激光雷达”、“转台+激光雷达”和双目测距的定位方法。

“滑台+激光雷达”定位方法主要实现方法是：机器人本体安装水平滑台和垂直滑台，水平滑台和垂直滑台上，分别安装视频摄像头和单线激光雷达，雷达扫描面与滑台垂直。水平滑台上的雷达对上扫描定位配电输电行线，行线作业点选时，通过可见视频辅助空间选择行线上两点，从而确定行线作业位置和线路方向。垂直滑台上雷达水平扫描带电作业引线，引线作业点选时，通过可见视频辅助空间选择行线上两点，从而确定引线作业位置和线路方向。根据机械臂与滑台的安装空间坐标，将滑台位移坐标和雷达扫描点坐标转化为机械臂的作业坐标，从而控制机械臂进行作业操作。

“转台+激光雷达”定位方法主要实现方法是：机器人本体安装旋转转台，转台上安装激光雷达，通过旋转转台实现空间点云数据的采集，利用三维可视化点云选择机器人作业位置，根据机械臂与状态的安装空间坐标，将点云坐标转化为机械臂坐标，从而控制机械臂进行作业操作。

双目测距定位方法主要实现方法是：机器人本体安装双目相机，通过双目相机采集深度图像信息，利用可视化界面选择机器人作业位置，根据机械臂与状态的安装空间坐标，将相机深度坐标转化为机械臂坐标，从而控制机械臂进行作业操作。

但是滑台+激光雷达”定位方法和双目定位方法，在机器人带电作业有正向阳光的作业场景，当太阳光线强时，激光雷达正对太阳将出现盲点，作业过程中无法选择作业位置，该工作环境下配网带电作业机器人无法进行作业。“转台+激光雷达”定位方法，会受到安装位置影响，无法提供完整的作业空间，存在扫描空间盲点，不能满足作业精准要求。目前的定位方法，适用导线类的定位作业操作，不能适用于螺母和绝缘子作业定位的场景。目前传感器都安装在机器人本体上，受加工机械加工精度和安装精度的影响，传感器与机械臂进行校准，而且机械臂本身也存在误差，坐标校准困难，影响测量精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，以解决现有技术中存在的作业位置定位精度不够的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，所述方法包括如下步骤：

获取激光雷达扫描传感器对准目标作业点时的位置信息；

根据目标作业点的位置信息和太阳光方向，获取扫描点的位置信息；

根据所述扫描点的位置信息对扫描点进行扫描作业，获取扫描点的点云数据；

根据所述激光雷达扫描传感器的位置信息将点云数据变换到机械臂坐标系，获取有效点云数据；

根据所述有效点云数据对目标作业对象进行图像分析处理，获取作业位置。

进一步的，所述作业位置的获取方法包括：

读取扫描点的位置信息的空间坐标；

生成以所述空间坐标为圆柱心点的圆柱区域；

根据所述圆柱区域和有效点云数据，获取场景点云图像；

根据所述场景点云图像搜索目标作业对象，并确定作业位置。

进一步的，所述目标作业对象的搜索方法包括导线搜索和非导线搜索。

进一步的，所述导线搜索的过程如下：

根据所述圆柱区域的空间坐标识别得到导线；

根据约束条件，搜索并确定导线上的作业位置。

进一步的，所述非导线搜索的过程如下：

通过模型匹配算法获取所述圆柱区域的作业物体；

根据所述目标作业对象的类型和结构从作业物体中确定作业位置。

进一步的，所述方法还包括：

通过配网带电作业机器人的机械臂获取激光雷达扫描传感器；

通过所述机械臂将激光雷达扫描传感器移动到工作起点；

将携带激光雷达扫描传感器的机械臂的工作方向对准目标作业点。

进一步的，所述激光雷达扫描传感器的获取过程如下：

获取机械臂的移动路径信息；

所述机械臂根据移动路径信息实现激光雷达扫描传感器的获取。

进一步的，所述移动路径信息包括垂直取放位置信息、工具放置位置信息和开锁位置信息。

一种配网带电作业机器人作业精准定位系统，所述系统包括：

第一数据获取模块：用于获取激光雷达扫描传感器对准目标作业点时的位置信息；

第二数据获取模块：用于根据目标作业点的位置信息和太阳光方向，获取扫描点的位置信息；

第三数据获取模块：用于根据所述扫描点的位置信息对扫描点进行扫描作业，获取扫描点的点云数据；

第四数据获取模块：用于根据所述激光雷达扫描传感器的位置信息将点云数据变换到机械臂坐标系，获取有效点云数据；

第五数据获取模块：用于根据所述有效点云数据对目标作业对象进行图像分析处理，获取作业位置。

一种配网带电作业机器人作业精准定位系统，所述系统包括处理器和存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行上述所述方法的步骤。

计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明通过有效点云数据的建立，实现了目标作业对象周围多位置、多角度全场景的重建方法，避免强光对传感器致盲的影响；通过激光雷达传感器将扫描点的点云数据校准到机械臂坐标系，校准方法简单，提升了带电作业机器人的智能化水平，提升了作业定位精度，可以实现机器人作业操作自动化。

附图说明

图1是机器人精准定位步骤图；

图2是机器人场景点云拼接流程图；

图3是机器人作业环境示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2、图3所示，一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，所述方法包括如下步骤：

机械斗臂移动配网带电作业机器人到作业点周围，配网带电作业机器人的机械臂从机器人本体工具位自动取激光雷达扫描传感器；

所述激光雷达扫描传感器的获取过程如下：

获取机械臂的移动路径信息；

所述机械臂根据移动路径信息实现对传感器的获取。

所述移动路径信息包括垂直取放位置信息、工具放置位置信息和开锁位置信息。

自动取激光雷达扫描传感器过程，使用机器人示教预先采集专用激光雷达扫描传感器放置位置、开锁位置、垂直取放位置、水平取件位置和选点作业工作起点位置，位置空间坐标包括X、Y、Z、RX、RY和RZ，机械臂的移动路径包括移动到垂直取放位置，接着垂直向下移动到达激光雷达扫描传感器放置位置，接着旋转末端关节到达开锁位置，接着带着传感器垂直向上移动达到垂直取放位置，接着带着传感器水平移动到达水平取件位置，最后在移动机械臂到选点作业工作起点位置，完成激光雷达扫描传感器自动拿取。

通过机械臂将激光雷达扫描传感器移动到选点作业的工作起点；

将携带激光雷达扫描传感器的机械臂的工作方向对准目标作业点；

人工作操作机械臂，将机械臂末端工作方向对准目标作业点，激光雷达扫描传感器距离目标作业点的位置约50~70cm，记录机械臂末端的激光雷达扫描传感器的位置信息，即激光雷达扫描传感器相对于机械臂坐标系的坐标和方向信息。

采用机械臂携带激光雷达传感器，通过机械臂末端的激光雷达扫描传感器距离的位置和方向确定作业空间方向，并存储激光雷达扫描传感器的位置和方向参数。

获取激光雷达扫描传感器对准目标作业点时的位置信息；

根据目标作业点的位置信息和太阳光方向，获取激光雷达扫描传感器的扫描点的位置信息，即扫描点相对于机械臂坐标系的坐标和方向信息；存储各扫描点的TCP（Tool CenterPoint）坐标和方向信息。

所述扫描点位置的判断过程，激光雷达扫描传感器当前位置为作业第一个点云扫描点，根据太阳光方向和目标作业对象的类型，选择背向阳光的2~3个点云扫描点，减少阳光对雷达的影响，并存储点云扫描点的坐标。

根据所述扫描点的位置信息对扫描点进行扫描作业，获取扫描点的点云数据，具体过程如下：

控制机械臂运动到扫描点，开启激光雷达扫描传感器，扫描空间场景，存储扫描点雷达采集的点云数据的信息。

根据所述激光雷达扫描传感器的位置信息将点云数据变换到机械臂坐标系，获取有效点云数据，具体过程如下：

开展采集输出处理整合，通过扫描点的坐标和方向，将采集激光雷达扫描传感器的点云数据变换到机械臂坐标系，获取有效点云数据，实现所有点云数据坐标系统一致，通过点云数据叠加形成场景点云数据。

所述点云扫描点坐标为机械臂坐标系坐标，该坐标从机械臂主控模块实时获取，减少中间环节转换的误差引入。

根据所述有效点云数据对目标作业对象进行图像分析处理，获取作业位置。

配网带电作业机器人的机械臂自动将激光雷达扫描传感器，归还到机器人本体工具位，机器人选点操作精准定位完成。

所述作业位置的具体获取方法包括：

通过机械臂坐标系的场景点云拼接，生成基于机械臂坐标系的场景点云图像，具体过程如下：

读取扫描点的位置信息的空间坐标；

生成以所述空间坐标为圆柱心点的圆柱区域；

根据所述圆柱区域和有效点云数据，获取场景点云图像；

根据所述场景点云图像搜索目标作业对象，并确定作业位置。

根据目标作业对象的类型，利用工作起点初选坐标和方向，进行图像分析处理，提取并计算作业位置，得到作业位置。

机械臂辅助选取作业位置，读取扫描点的空间坐标，生成以扫描点坐标X，Y、Z为圆柱心点，机械臂指向为转轴，60cm为半径的圆柱区域，通过圆柱提取点云数据，在圆柱区域搜索目标作业对象，并确定作业位置。

所述场景点云拼接过程，首先从存储数据中获取采集TCP空间坐标和点云数据，调用旋转矩阵接口，将激光坐标系转换到解析臂坐标系，采用空间点云数据叠加方法合并转化后的点云数据，调用PCL（Point Cloud Library离群点过滤算法，数据过滤后生成机械臂坐标系场景点云图像。

所述目标作业对象的搜索方法包括导线搜索和非导线搜索。

所述导线搜索的过程如下：

根据所述圆柱区域的空间坐标识别导线；

根据约束条件、选择非约束搜索和XYZ约束条件匹配导线上作业位置。

导线搜索功能，首先圆柱空间坐标识别导线，根据约束条件，选择非约束搜索和XYZ约束条件匹配导线上作业位置，导线方向为旋转向量方向。

所述非导线搜索的过程如下：

通过模型匹配算法获取所述圆柱区域的作业物体；

根据所述目标作业对象的类型和结构确定作业位置和旋转向量方向。

非导线搜索功能，首先通过模型匹配算法，获取圆柱空间内的作业物体，根据作业物体类型和结构确定工具的作业位置和旋转向量方向。

非约束条件导线搜索方法，在约束条件下，在与转轴垂直平面寻找与转轴中心最近的点为精准作业位置，导线方向为作业的旋转向量方向。

所述XYZ约束条件导线搜索方法，固定某一方向坐标，搜索直线中与作业工作扫描点最近的点为作业位置，导线方向为作业的旋转向量方向。

本发明通过多位置、多角度全场景的重建方法，避免强光对传感器致盲的影响，机械臂带动激光雷达移动，实现多点采集的方法，消除采集数据盲点，激光雷达在机械臂上，激光雷达传感器只需要将扫描中心校准到机械臂坐标系，校准方法简单。通过机械臂辅助选点，机器人通过指向引导，自动寻找作业位置，提升人机交互的便捷性，解决作业屏幕选点困难的问题。本发明专利方法整体提升带电作业机器人的智能化水平，提升作业定位精度，实现机器人作业操作自动化。

一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，所述系统包括：

第一数据获取模块：用于获取激光雷达扫描传感器的位置信息；

第二数据获取模块：用于根据目标作业点的位置信息和太阳光方向，获取扫描点的位置信息；

第三数据获取模块：用于根据所述扫描点的位置信息对扫描点进行扫描作业，获取扫描点的点云数据；

第四数据获取模块：用于根据所述激光雷达扫描传感器的位置信息将点云数据变换到机械臂坐标系，获取有效点云数据；

第五数据获取模块：用于根据所述有效点云数据对目标作业对象进行图像分析处理，获取作业位置。

一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，所述系统包括处理器和存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行上述所述方法的步骤。

计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。

通过本方法的应用和推广，提升作业场景采集效率，降低机器人点云校准复杂度，从而将提升配网机器人作业定位精度，优化整个配网作业的流程，提升自动化作业水平，提升电网的整体运行效率。

配网带电作业机器人作业精准定位方法结合配网带电作业生产实际，以提升生产运维效率和作业自动化水平为目的，采用机械臂末端携带激光雷达进行全景扫描和三维场景重建，实现作业空间点云数据精准化采集，利用机械臂初步方向选择和三维图像的识别方法，实现机器人作业位置精准选择，并自动控制机械臂进行精准移动。从而有效降低人工参与作业点校准过程，提升带电作业人员工作效率，最终达到提高供电可靠性及实现供电企业“减员增效”的目的。

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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

获取激光雷达扫描传感器对准目标作业点时的位置信息；

根据目标作业点的位置信息和太阳光方向，获取扫描点的位置信息；

根据所述扫描点的位置信息对扫描点进行扫描作业，获取扫描点的点云数据；

根据所述激光雷达扫描传感器的位置信息将点云数据变换到机械臂坐标系，获取有效点云数据；

根据所述有效点云数据对目标作业对象进行图像分析处理，获取作业位置。

2.根据权利要求1所述的一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，其特征在于，所述作业位置的获取方法包括：

读取扫描点的位置信息的空间坐标；

生成以所述空间坐标为圆柱心点的圆柱区域；

根据所述圆柱区域和有效点云数据，获取场景点云图像；

根据所述场景点云图像搜索目标作业对象，并确定作业位置。

3.根据所述权利要求2所述的一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，其特征在于，所述目标作业对象的搜索方法包括导线搜索和非导线搜索。

4.根据所述权利要求3所述的一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，其特征在于，所述导线搜索的过程如下：

根据所述圆柱区域的空间坐标识别得到导线；

根据约束条件搜索并确定导线上的作业位置。

5.根据所述权利要求3所述的一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，其特征在于，所述非导线搜索的过程如下：

通过模型匹配算法获取所述圆柱区域的作业物体；

根据所述目标作业对象的类型和结构从作业物体中确定作业位置。

6.根据权利要求1所述的一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过配网带电作业机器人的机械臂获取激光雷达扫描传感器；

通过所述机械臂将激光雷达扫描传感器移动到工作起点；

将携带激光雷达扫描传感器的机械臂的工作方向对准目标作业点。

7.根据权利要求6所述的一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，其特征在于，所述激光雷达扫描传感器的获取过程如下：

获取机械臂的移动路径信息；

所述机械臂根据移动路径信息实现激光雷达扫描传感器的获取。

8.根据权利要求6所述的一种配网带电作业机器人作业精准定位方法，其特征在于，所述移动路径信息包括垂直取放位置信息、工具放置位置信息和开锁位置信息。

9.一种配网带电作业机器人作业精准定位系统，其特征在于，所述系统包括：

第一数据获取模块：用于获取激光雷达扫描传感器对准目标作业点时的位置信息；

第二数据获取模块：用于根据目标作业点的位置信息和太阳光方向，获取扫描点的位置信息；

第三数据获取模块：用于根据所述扫描点的位置信息对扫描点进行扫描作业，获取扫描点的点云数据；

第四数据获取模块：用于根据所述激光雷达扫描传感器的位置信息将点云数据变换到机械臂坐标系，获取有效点云数据；

第五数据获取模块：用于根据所述有效点云数据对目标作业对象进行图像分析处理，获取作业位置。

10.一种配网带电作业机器人作业精准定位系统，其特征在于，所述系统包括处理器和存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-8任一项所述方法的步骤。

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