CN111966107A - 一种用于巡线机器人的控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供本发明提供一种用于巡线机器人的控制方法及系统，所述方法包括：识别并定位巡线机器人需要越过的障碍物；测量障碍物与巡线机器人的距离，通过测量的障碍物与巡线机器人的距离，控制巡线机器人越过障碍物；识别并定位待检测液压线夹；测量巡线机器人末端X射线板的姿态；通过巡线机器人末端X射线板的姿态，对待检测液压线夹进行检测。本发明提供的用于巡线机器人的控制方法及系统，巡线机器人能够自主避开障碍物，还能够对液压线夹进行检测，提高了巡线机器人的巡线效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种用于巡线机器人的控制方法及系统。
背景技术
高压和超高压架空电力线是长距离输送电力的主要方式。架空输电线路长期暴露在室外环境下，受到光照、雨水等气象条件的影响，会产生断股、磨损、腐蚀等损伤。因此，需要定时对架空输电线路进行巡检，且考虑到用户的用电需求，巡检工作应能够在带电条件下进行。
目前对架空输电线路的检修工作主要由人工完成，传统作业方法要求工作人员佩戴众多防护和检修设备，攀登上杆塔后沿高压线路巡查完成检修，这种方法劳动强度大、效率低，并且由于高压输电线路有很多架设在人烟稀少的地区，工作环境较为恶劣。近年来，各研究机构开始研制用于完成架空输电线路带电巡检工作的巡线机器人，这种机器人能够在输电线路上完成自主巡察和故障诊断工作。
针对目前的高压输电线路实际情况，输电线路巡检机器人要完成多档距线路的巡检任务，就必须能以一定的速度沿输电线路爬行，且能够完成跨越防震锤、耐张线夹、悬垂线等输电线路上常见的障碍物；此外，机器人需能够使用所携带的传感器、检测仪器对输电线路实施检查、监测。根据巡线机器人所处的工作环境，机器人一般需要先完成一次或多次避障工作，再进行检测工作。现有的用于巡检机器人的控制方法不适用于室外架空线路机器人自主避障和液压线夹X射线检测工作，因此，如何设计一种适用于室外架空线路机器人自主避障和液压线夹X射线检测工作的巡线机器人控制方法及系统成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种用于巡线机器人的控制方法，能够有效适用于室外架空线路机器人自主避障和液压线夹X射线检测工作。
第一方面，本发明提供一种用于巡线机器人的控制方法，所述方法包括：
S1：识别并定位巡线机器人需要越过的障碍物；
S2：测量障碍物与巡线机器人的距离，通过测量的障碍物与巡线机器人的距离，控制巡线机器人越过障碍物；
S3：识别并定位待检测液压线夹；
S4：测量巡线机器人末端X射线板的姿态；
S5：通过巡线机器人末端X射线板的姿态，对待检测液压线夹进行检测。
可选择的，所述识别并定位巡线机器人需要越过的障碍物包括：
S11：采集图像信息，图像信息为架空导线的图像信息；
S12：通过采集的图像信息，利用图像识别技术对所采集的图像信息进行图像识别，得到巡线机器人需要越过的障碍物；
S13：通过对障碍物从不同角度进行成像，确定障碍物的三维信息，得到巡线机器人需要越过的障碍物的位置。
可选择的，所述测量障碍物与巡线机器人的距离，通过测量的障碍物与巡线机器人的距离，控制巡线机器人越过障碍物包括：
S21：靠近障碍物时，测量障碍物与巡线机器人的距离，控制巡线机器人越过障碍物；
S22：巡线机器人越过障碍物时，继续测量巡线机器人与障碍物的距离，实时修正巡线机器人越过障碍物的动作，直至巡线机器人越过障碍物。
可选择的，所述通过巡线机器人末端X射线板的姿态，对待检测液压线夹进行检测包括：
S51：通过巡线机器人末端X射线板的姿态，对巡线机器人进行自动调节，使的巡线机器人保持正确的检测姿态；
S52：测量巡线机器人末端X射线板与待检测液压线夹的相对距离，然后控制巡线机器人对待检测液压线夹进行检测。
可选择的，所述识别并定位待检测液压线夹包括：
S31：采集图像信息，图像信息为架空导线的图像信息；
S32：通过采集的图像信息，利用图像识别技术对所采集的图像信息进行图像识别，得到待检测液压线夹；
S33：通过对待检测液压线夹从不同角度进行成像，确定待检测液压线夹的三维信息，得到待检测液压线夹的位置。
可选择的，所述测量巡线机器人末端X射线板的姿态通过微机械陀螺仪测量巡线机器人末端X射线板的三自由角度运动和三轴正交的加速度，得到巡线机器人末端X射线板的姿态。
可选择的，所述利用图像识别技术对所采集的图像信息进行图像识别为通过支持向量机对所采集的图像信息进行图像识别。
第二方面，本发明提供一种用于巡线机器人的控制系统，所述系统包括控制器和巡线机器人，所述控制器与所述巡线机器人连接，所述控制器控制所述巡线机器人，所述巡线机器人包括双目相机、接近开关和惯性测量单元；
所述双目相机，用于识别并定位巡线机器人需要越过的障碍物，还用于识别并定位待检测液压线夹；
所述接近开关，用于测量障碍物与巡线机器人的距离；
所述惯性测量单元，用于测量巡线机器人末端X射线板的姿态。
本发明提供本发明提供一种用于巡线机器人的控制方法及系统，所述方法包括：识别并定位巡线机器人需要越过的障碍物；测量障碍物与巡线机器人的距离，通过测量的障碍物与巡线机器人的距离，控制巡线机器人越过障碍物；识别并定位待检测液压线夹；测量巡线机器人末端X射线板的姿态；通过巡线机器人末端X射线板的姿态，对待检测液压线夹进行检测。本发明提供的用于巡线机器人的控制方法及系统，巡线机器人能够自主避开障碍物，还能够对液压线夹进行检测，提高了巡线机器人的巡线效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。
图1为本发明提供的一种用于巡线机器人的控制方法的流程图；
图2为本发明提供的一种用于巡线机器人的控制方法的双目相机的定位原理图；
图3为本发明提供的一种用于巡线机器人的控制方法的巡线机器人越过障碍物的原理图；
图4为本发明提供的一种用于巡线机器人的控制方法的液压线夹X射线检测过程控制的原理图；
图5为本发明提供的一种用于巡线机器人的控制方法的简化X射线板的测量姿态图。
具体实施方式
下面结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于再次描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
参见图1，第一方面，本发明提供一种用于巡线机器人的控制方法，所述方法包括：
S1：识别并定位巡线机器人需要越过的障碍物；
S2：测量障碍物与巡线机器人的距离，通过测量的障碍物与巡线机器人的距离，控制巡线机器人越过障碍物；
S3：识别并定位待检测液压线夹；
S4：测量巡线机器人末端X射线板的姿态；
S5：通过巡线机器人末端X射线板的姿态，对待检测液压线夹进行检测。
可选择的，所述识别并定位巡线机器人需要越过的障碍物包括：
S11：采集图像信息，图像信息为架空导线的图像信息；
S12：通过采集的图像信息，利用图像识别技术对所采集的图像信息进行图像识别，得到巡线机器人需要越过的障碍物；
S13：通过对障碍物从不同角度进行成像，确定障碍物的三维信息，得到巡线机器人需要越过的障碍物的位置。
采集图像信息时我，通过双目相机采集架空导线上的图像信息，再利用图像识别技术对所采集的图像进行图像识别，本发明采用支持向量机对采集的图像进行图像识别，相较于经典的神经元网络模型，由于机器人所拍摄的图片背景为天空，较为单一，支持向量机算法所需的训练样本更少，模型训练耗时小，识别效率高，更适合巡线机器人。
支持向量机函数可表示为下式所示：
式中，ω和b是函数的回归参数向量，
是一个非线性函数，它将向量x映射到一个高维特征空间。
在空间中可以有无数条分类边界f(x)将这两类元素分离，支持向量机分类的基本原理就是寻找一个最优的分类曲面f(x)，使它不仅能正确地划分这两类元素，而且能最大化这两类元素之间的分类间隔，使
最大。支持向量机函数中参数ω和b可通过最小化以下正则风险函数来估计。
式中，||ω||2称为正则项，通过最小化||ω||2将使最优分类平面尽可能平坦，从而起到控制函数容量的作用。
称为经验误差，由不敏感损失函数Lε(yi,f(xi))确定，不敏感损失函数使得支持向量机算法允许分类点到最优分类平面存在最大ε的误差。C为正则化系数。
为了使该方法鲁棒性更好并解决上述优化问题中的一些少量不可行约束，引入松弛变量ξi *和ξi，将正则风险函数改写为：
通过引入拉格朗日乘子并利用最优性约束，支持向量机函数可改写为以下显式形式：
式中，ai,
为拉格朗日乘子，K(xi,xj)为核函数。
支持向量机算法通常采用核函数来解决非线性特征空间映射问题。径向基函数核函数由于其具有较高的计算效率，是各种核函数中应用最为广泛的一种，此外，径向基函数核函数可以将每个样本点映射到一个无穷维特征空间，使得线性不可分的数据线性可分。本发明采用径向基函数核函数构造支持向量机算法。径向基函数核函数如下式所示：
K(xi,xj)＝exp(-γ||xi-xj||2),γ＞0
式中，γ为核函数参数。
双目相机定位需要越过的障碍物。双目相机定位是根据人眼视差原理，通过对同一目标从不同角度进行成像，利用三角测量原理分析成像差异，确定目标在物理世界中的三维信息，图2为双目定位原理图。
设空间中有一点P，坐标(u1,v1),(u2,v2)分别为该点在左右图像坐标系中的坐标，根据三角测量原理可得：
推导后可得
其中f为相机的焦距，T为两个相机光学中心的水平距离。
可选择的，所述测量障碍物与巡线机器人的距离，通过测量的障碍物与巡线机器人的距离，控制巡线机器人越过障碍物包括：
S21：靠近障碍物时，测量障碍物与巡线机器人的距离，控制巡线机器人越过障碍物；
S22：巡线机器人越过障碍物时，继续测量巡线机器人与障碍物的距离，实时修正巡线机器人越过障碍物的动作，直至巡线机器人越过障碍物。
巡线机器人在接近架空线路上的障碍物时，由接近开关完成首次测量障碍物与巡线机器人的距离，并将距离信息传递给控制器，控制器控制巡线机器人完成越障工作。
巡线机器人在进行越障工作时，双目相机实时对目标障碍物进行测距，距离信息传递给控制器，控制器对巡线机器人的越障动作进行修正。
可选择的，所述通过巡线机器人末端X射线板的姿态，对待检测液压线夹进行检测包括：
S51：通过巡线机器人末端X射线板的姿态，对巡线机器人进行自动调节，使的巡线机器人保持正确的检测姿态；
S52：测量巡线机器人末端X射线板与待检测液压线夹的相对距离，然后控制巡线机器人对待检测液压线夹进行检测。
惯性测量单元和双目相机协同辅助机器人完成液压线夹的检测工作，控制原理图如图4所示，控制器根据惯性测量单元所测量的X射线板的姿态对其进行自动调节，使其始终保持在正确的检测姿态，简化X射线板的测量姿态如图5所示，双目相机测量机器人末端X射线板与液压线夹的相对距离，并将距离信息传递给控制器。控制器控制机器人的检修臂完成对液压线夹的检修任务。
可选择的，所述识别并定位待检测液压线夹包括：
S31：采集图像信息，图像信息为架空导线的图像信息；
S32：通过采集的图像信息，利用图像识别技术对所采集的图像信息进行图像识别，得到待检测液压线夹；
S33：通过对待检测液压线夹从不同角度进行成像，确定待检测液压线夹的三维信息，得到待检测液压线夹的位置。
可选择的，所述测量巡线机器人末端X射线板的姿态通过微机械陀螺仪测量巡线机器人末端X射线板的三自由角度运动和三轴正交的加速度，得到巡线机器人末端X射线板的姿态。
本发明采用微机械陀螺仪测量X射线板三自由度角运动和三轴正交的加速度，经过解算后得到X射线板的速度及姿态信息。
微机械陀螺仪的工作原理为通过感知质量块振动来计算角速度。当静电驱动力施加于驱动框架时，质量块会绕驱动轴做角振动，当敏感轴向有角速度Ω输入时，根据科里奥利力定理，质量块将产生检测轴向的科里奥利力，进而引起质量块沿检测轴向角振动，此时，检测轴向的电容值发生变化，将电容值变化量进行换算即可得到输入角速度。
微机械陀螺仪数学模型如下式所示：
式中，y即为检测轴向的运动位移，x为驱动轴向的运动位移；mx和my分别为驱动轴向和检测轴向的等效质量；cx和cy分别为驱动轴向和检测轴向的阻尼系数；kx和ky分别为驱动轴向和检测轴向的刚度；
为驱动力；
为检测轴向的反馈力；cxy和kxy分别为检测轴向耦合到驱动轴向的阻尼系数和刚度；cyx和kyx分别为驱动轴向耦合到检测轴向的阻尼系数和刚度。
可选择的，所述利用图像识别技术对所采集的图像信息进行图像识别为通过支持向量机对所采集的图像信息进行图像识别。
第二方面，本发明提供一种用于巡线机器人的控制系统，所述系统包括控制器和巡线机器人，所述控制器与所述巡线机器人连接，所述控制器控制所述巡线机器人，所述巡线机器人包括双目相机、接近开关和惯性测量单元；
所述双目相机，用于识别并定位巡线机器人需要越过的障碍物，还用于识别并定位待检测液压线夹；
所述接近开关，用于测量障碍物与巡线机器人的距离；
所述惯性测量单元，用于测量巡线机器人末端X射线板的姿态。
本发明提供本发明提供一种用于巡线机器人的控制方法及系统，所述方法包括：识别并定位巡线机器人需要越过的障碍物；测量障碍物与巡线机器人的距离，通过测量的障碍物与巡线机器人的距离，控制巡线机器人越过障碍物；识别并定位待检测液压线夹；测量巡线机器人末端X射线板的姿态；通过巡线机器人末端X射线板的姿态，对待检测液压线夹进行检测。本发明提供的用于巡线机器人的控制方法及系统，巡线机器人能够自主避开障碍物，还能够对液压线夹进行检测，提高了巡线机器人的巡线效率。
以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于巡线机器人的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：识别并定位巡线机器人需要越过的障碍物；
S2：测量障碍物与巡线机器人的距离，通过测量的障碍物与巡线机器人的距离，控制巡线机器人越过障碍物；
S3：识别并定位待检测液压线夹；
S4：测量巡线机器人末端X射线板的姿态；
S5：通过巡线机器人末端X射线板的姿态，对待检测液压线夹进行检测。
2.如权利要求1所述的用于巡线机器人的控制方法，其特征在于，所述识别并定位巡线机器人需要越过的障碍物包括：
S11：采集图像信息，图像信息为架空导线的图像信息；
S12：通过采集的图像信息，利用图像识别技术对所采集的图像信息进行图像识别，得到巡线机器人需要越过的障碍物；
S13：通过对障碍物从不同角度进行成像，确定障碍物的三维信息，得到巡线机器人需要越过的障碍物的位置。
3.如权利要求1所述的用于巡线机器人的控制方法，其特征在于，所述测量障碍物与巡线机器人的距离，通过测量的障碍物与巡线机器人的距离，控制巡线机器人越过障碍物包括：
S21：靠近障碍物时，测量障碍物与巡线机器人的距离，控制巡线机器人越过障碍物；
S22：巡线机器人越过障碍物时，继续测量巡线机器人与障碍物的距离，实时修正巡线机器人越过障碍物的动作，直至巡线机器人越过障碍物。
4.如权利要求1所述的用于巡线机器人的控制方法，其特征在于，所述通过巡线机器人末端X射线板的姿态，对待检测液压线夹进行检测包括：
S51：通过巡线机器人末端X射线板的姿态，对巡线机器人进行自动调节，使的巡线机器人保持正确的检测姿态；
S52：测量巡线机器人末端X射线板与待检测液压线夹的相对距离，然后控制巡线机器人对待检测液压线夹进行检测。
5.如权利要求1所述的用于巡线机器人的控制方法，其特征在于，所述识别并定位待检测液压线夹包括：
S31：采集图像信息，图像信息为架空导线的图像信息；
S32：通过采集的图像信息，利用图像识别技术对所采集的图像信息进行图像识别，得到待检测液压线夹；
S33：通过对待检测液压线夹从不同角度进行成像，确定待检测液压线夹的三维信息，得到待检测液压线夹的位置。
6.如权利要求1所述的用于巡线机器人的控制方法，其特征在于，所述测量巡线机器人末端X射线板的姿态通过微机械陀螺仪测量巡线机器人末端X射线板的三自由角度运动和三轴正交的加速度，得到巡线机器人末端X射线板的姿态。
7.如权利要求2所述的用于巡线机器人的控制方法，其特征在于，所述利用图像识别技术对所采集的图像信息进行图像识别为通过支持向量机对所采集的图像信息进行图像识别。
8.一种用于巡线机器人的控制系统，其特征在于，所述系统包括控制器和巡线机器人，所述控制器与所述巡线机器人连接，所述控制器控制所述巡线机器人，所述巡线机器人包括双目相机、接近开关和惯性测量单元；
所述双目相机，用于识别并定位巡线机器人需要越过的障碍物，还用于识别并定位待检测液压线夹；
所述接近开关，用于测量障碍物与巡线机器人的距离；
所述惯性测量单元，用于测量巡线机器人末端X射线板的姿态。
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