CN112327843A - 一种绝缘子机器人越障控制方法、存储介质及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种绝缘子机器人越障控制方法，其包括步骤，采集机器人当前所处的环境信息；分析环境信息并判断是否存在障碍物；在存在障碍物时，对障碍物进行识别，判断障碍物的类型；根据障碍物类型，制定越障策略，以使机器人根据越障策略执行动作。本发明还提供一种存储介质及绝缘子机器人越障控制系统，本发明提供的绝缘子机器人越障控制方法、存储介质及系统可在实现绝缘子机器人自动控制的同时，提高控制效率。
Description
技术领域
本发明涉及图像识别领域，尤其涉及一种绝缘子机器人越障控制方法、存储介质及系统。
背景技术
电力工业是国民经济的基础产业，绝缘子作为电力环节中增加爬电距离的绝缘控件，在整体电力架构上不可或缺，但因表面污垢积累而导致其电导率降低，从而产生的“污闪”事故屡见不鲜，造成了严重的电力经济影响与社会安全影响。基于当前人工清扫绝缘子难度大、危险性高的现状，可以完成绝缘子的日常维护清理与高压线路检修工作的绝缘子清洗机器人的发展是必须的。
目前国内多数对绝缘子清扫机器人的研究依然处于实验室阶段，没有任何绝缘子清扫型机器人投入市场使用。国外的绝缘子人工车洗清扫已经远超国内，已经存在了高效率的人工车洗清扫方式，但其绝缘子清扫机器人的研究仍未实现全自动化，仅在韩国完成了单个卸载绝缘子的自动清扫，没有任何全自动清扫型的绝缘子清扫机器人投入市场使用。国内外相关的绝缘子机器人越障臂的控制算法更是寥寥无几，国家级大学生创新训练项目计划资助+202010497068。
所以，需要提供一种能够全自动清扫型的绝缘子清扫机器人，而全自动绝缘子清扫机器人重点在于其越障机械臂的控制方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种绝缘子机器人越障控制方法、存储介质及系统实现绝缘子清扫机器人的全自动作业。
为了达到上述目的，本发明解决技术问题的技术方案是提供一种绝缘子机器人越障控制方法，其包括步骤：采集机器人当前所处的环境信息；分析环境信息并判断是否存在障碍物；在存在障碍物时，对障碍物进行识别，判断障碍物的类型；根据障碍物类型，制定越障策略，以使机器人根据越障策略执行动作。
进一步，所述在存在障碍物时，对障碍物进行识别，判断障碍物的类型包括步骤：在判断存在障碍物后，对其图像进行识别分析；根据识别的结果，判断该障碍物的类别。
进一步，所述障碍物的类型包括防振锤、悬垂线夹和耐张绝缘子线夹。
进一步，所述采集绝缘子机器人当前所处的环境信息为利用摄像头对机器人周边的环境进行图像采集。
进一步，所述分析环境信息并判断是否存在障碍物为利用光电开关去识别绝缘子机器人行进方向上的障碍物。
进一步，所述越障策略为对绝缘子机器人越障时机械臂的行为进行控制的方法。
进一步，所述绝缘子机器人越障时的动作包括锁合装置开合动作、行走轮抬升动作、行走臂仰角及方位角旋转动作。
本发明还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行绝缘子机器人越障控制方法。
本发明还提供一种绝缘子机器人越障控制系统，其包括处理器和存储器,所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现绝缘子机器人越障控制方法。
与现有技术相比，本发明所提供的绝缘子机器人越障控制方法、存储介质及系统具有以下有益效果：
通过先判断是否存在障碍物，再利用图像识别判断障碍物的类别，可减少对主控制器CPU的占用进而提高系统处理效率。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明的保护范围内。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的一种绝缘子机器人越障控制方法的流程示意图；
图2为绝缘子机器人动作过程原理示意图；
图3为绝缘子机器人识别障碍物与识别图像的顺序流程示意图；
图4为绝缘子机器人采集到的环境信息处理流程图；
图5为绝缘子机器人自主越障的原理示意图；
图6为绝缘子机器人的基座稳定控制原理示意图；
图7为图1中步骤S3的子步骤流程示意图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
请参阅图1-6，本发明提供的一种绝缘子机器人越障控制方法，其包括步骤：
S1，采集机器人当前所处的环境信息；
具体的，通过对清扫机器人上所安装的各种传感器的信息进行处理，从而获取机器人当前所处环境信息，为机器人的自主动作规划提供准确、可靠的导航信息。在本实施例中，采集环境信息主要通过摄像头实现，即利用摄像头实时采集机器人周边的图像信息，以形成机器人当前所处的环境信息。
S2，分析环境信息并判断是否存在障碍物；
具体的，在机器人行进的过程中，实时判定其行进方向是否存在障碍物，在本实施例中，主要是利用光电开关进行判断，其工作机理如下：由机器人机械臂上的光电开关进行粗略判断，若光电开关检测到前方存在障碍物，再对摄像头采集的图像进行处理与分析，进一步对障碍物进行模式识别。
可以理解，在摄像头采集的图像起着至关重要的作用，其处理结果直接决定着控制决策的正确性和准确性。同时在该模块中只有当光电传感器检测到障碍物后再进行视觉检测过程，即，只有光电传感器检测到有障碍物的情况下，才对摄像头采集到的图像进行分析处理，减少对主控制器CPU的占用进而提高系统处理效率。
S3，在存在障碍物时，对障碍物进行识别，判断障碍物的类型；
具体的，在光电开关判断出存在障碍物后，通过对摄像头采集到的图像进行图像识别，以判断该障碍物的类型。
可以理解，障碍物的类型包括防振锤、悬垂线夹和耐张绝缘子线夹。通常悬垂线夹位于输电线路的直线段，而耐张绝缘子线夹所连接的两根输电线的状态较为复杂，包括直线跳线和拐弯跳线。因此根据耐张绝缘子线夹的连接方向可判断出输电线路的转弯情况。针对以上几种典型的障碍物类型，需采取不同的越障策略，而这些越障策略就构成了动作规划模块的各种行为。
S4，根据障碍物类型，制定越障策略，以使机器人根据越障妨碍执行动作；
具体的，在判断了障碍物的类型后，针对以上几种典型的障碍物类型，需采取不同的越障策略，而这些越障策略就构成了绝缘子机器人的各种行为，即越障策略为对绝缘子机器人行为的控制方法。行走臂动作控制采用粗略和精确双级控制方式，粗略控制采用离线规划的方式，即通过大量实验获取绝缘子清洗机器人跨越各种障碍物的大致动作序列，包括各关节的运动顺序、位移和速度等参数的设置。在程序实现中，将离线规划的各种越障动作集合在越障知识库中，当绝缘子清洗机器人运行于自动控制状态下时，通过传感和图像采集设备与主控制器的数据交换，调用行为规划库并对行为命令进行解释和调用，发送动作命令序列至机械臂驱动系统，通过驱动电机实现机械臂动作。精准控制即启用行走越障臂双目摄像头后，通过图像采集卡和无线传输方式与上位机或工控机平台进行信息交换，通过位移传感器闭环反馈控制实现机械臂越障时锁合装置开合动作、行走轮抬升动作、行走臂仰角/方位角旋转动作，完成在线控制。
以机器人跨越左转弯耐张绝缘子线夹为例。绝缘子清洗机器人跨越左转弯耐张绝缘子线夹时所产生的行为规划序列。未越障之前，绝缘子清洗机器人对整个越障行为过程进行了第一次规划，但在实际动作过程中，假设传感器检测到线路并不在前臂的抓手内，而在抓手的右方，此时绝缘子清洗机器人重新进行规划。在第二次规划运动过程中，传感器检测到输电线在抓手的左方，又进行了第三次规划。因此在线行为规划需要在实际动作过程中不断调整，通过驱动系统的反馈控制完成对行走臂姿态的调整，完成越障动作。
在线路情况比较复杂的地方，为提高运行的效率和保障安全，需要在这些地方转换绝缘子清洗机器人的工作模式，即由自主控制方式转到在线控制方式是非常有必要的。当遇到某些特别复杂的环境中，绝缘子清洗机器人靠自身的传感器和本体控制系统实现自主越障困难或根本无法实现时，绝缘子清洗机器人本体控制主机将向地面基站监控主机发出应急信号，基站工作人员在机器人本体传回的视频图像的引导下，通过无线收发模块对其进行远程控制，协助机器人顺利越过障碍物，确保机器人能够高效、安全地对线路进行检查，绝缘子清洗机器人的主从控制可分关节命令方式和宏命令方式两种。
关节命令方式是操作人员对每个运动关节发出控制命令，设定各关节运动的方向和行程。机器人主机接收到命令后直接下发给下位机，由下位机来控制完成关节的运动。
宏命令方式是指操作人员不直接对关节操作，而是给出整体运动命令，如前臂脱线、中臂抓线等宏命令。机器人主控计算机接收到宏命令后，根据机器人当前的状态，自主规划出各个关节运动的顺序、方向和行程，然后分别下发给下位机，控制相应关节运动，直到完成指定的宏命令。
行走越障臂在动作执行过程中，针对不同的障碍物需要进行相应的姿态调整，其中对整臂系统影响最大的动作为行走臂旋转和行走臂伸缩。在绝缘子清洗机器人行走越障的过程中，由于输电线路坡度的变化，机器人可能存在基座不稳定性的问题，通过机器人安置的三轴加速度计与陀螺仪，对机器人的空间姿态做调整，当其整体空间坐标偏移量过大时，行走越障臂伸缩以修正整体空间坐标，通过空间并联协作目标机器人的多只越障臂来维持运动基座稳定性。
行走臂旋转运动闭环控制系统的软件主要由旋转程序与中断程序组成。旋转主程序流程图如图所示。系统自检通过后进行外设初始化和数据初始化，对机械臂主控制器发动的CAN总线指令报文进行解包，并根据解包内容更新指令，切换控制工作状态，并将电动机状态信息进行打包放进缓冲区。中断函数为PWM中断函数，根据霍尔信号值控制电动机换相；其次将上位机给定的位置目标值进过AD转换与角位移传感器检测到的实际位置值进行比较，得到误差值，调用PID计算函数计算控制输出，通过占空比限幅修改PWM占空比寄存器的值从而控制电动机转速，使电动机的实际位置尽可能的接近理想位置。
积分分离PID控制算法是PID计算函数的使用算法，其基本原理是：被控量和给定量的偏差大于人为设定的阈值时，取消积分控制作用，以免产生过大超调，被控量与给定量的偏差小于设定阈值时，投入积分控制作用，以消除静态误差，积分分离的PID控制算法可表示为：
式中，e(k)，u(k)分别为第k次采样时刻的输入偏差值和输出值：Kp、Ki、Kd分别为比例、积分、微分系数；Kg为开关系数，当|e(k)|≤ε时取1，当|e(k)|>ε时取0，ε为根据实际情况人为设定的阈值。
请参阅图7，步骤S3还包括子步骤：
S31，在判断存在障碍物后，对其图像进行识别分析；
具体的，在光电开关检测到机器人行进的方向上存在障碍物时，对摄像头拍摄到的图像进行图像识别，从而判断该障碍物的类型，即该障碍物是何种障碍物。
S32，根据识别的结果，判断该障碍物的类别；
具体的，根据图片识别的结果，判断出障碍物属于那种类别，以便于后续控制机器人越过该障碍物。
本发明还提供一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述方法步骤。存储介质可以包括如软盘、光盘、DVD、硬盘、闪存、U盘、CF卡、SD卡、MMC卡、SM卡、记忆棒(Memory Stick)、XD卡等。
计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可以是个人计算机设备、服务器或其他网络设备等)用以执行本发明方法的全部或部分步骤。
本发明还提供一种绝缘子机器人越障控制系统，该绝缘子机器人越障控制系统包括处理器和存储器,存储器上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现绝缘子机器人越障控制方法。
与现有技术相比，本发明所提供的绝缘子机器人越障控制方法、存储介质及系统具有以下有益效果：
通过先判断是否存在障碍物，再利用图像识别判断障碍物的类别，可减少对主控制器CPU的占用进而提高系统处理效率。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种绝缘子机器人越障控制方法，其特征在于，包括步骤：
采集机器人当前所处的环境信息；
分析环境信息并判断是否存在障碍物；
在存在障碍物时，对障碍物进行识别，判断障碍物的类型；
根据障碍物类型，制定越障策略，以使机器人根据越障策略执行动作。
2.如权利要求1所述的一种绝缘子机器人越障控制方法，其特征在于，所述在存在障碍物时，对障碍物进行识别，判断障碍物的类型包括步骤：
在判断存在障碍物后，对其图像进行识别分析；
根据识别的结果，判断该障碍物的类别。
3.如权利要求1所述的一种绝缘子机器人越障控制方法，其特征在于：
所述障碍物的类型包括防振锤、悬垂线夹和耐张绝缘子线夹。
4.如权利要求1所述的一种绝缘子机器人越障控制方法，其特征在于：
所述采集绝缘子机器人当前所处的环境信息为利用摄像头对机器人周边的环境进行图像采集。
5.如权利要求1所述的一种绝缘子机器人越障控制方法，其特征在于：
所述分析环境信息并判断是否存在障碍物为利用光电开关去识别绝缘子机器人行进方向上的障碍物。
6.如权利要求1所述的一种绝缘子机器人越障控制方法，其特征在于：
所述越障策略为对绝缘子机器人越障时机械臂的行为进行控制的方法。
7.如权利要求1所述的一种绝缘子机器人越障控制方法，其特征在于：
所述绝缘子机器人越障时的动作包括锁合装置开合动作、行走轮抬升动作、行走臂仰角及方位角旋转动作。
8.一种存储介质，其特征在于：
所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1-7中任一项中所述的绝缘子机器人越障控制方法。
9.一种绝缘子机器人越障控制系统，其特征在于：
所述绝缘子机器人越障控制系统包括处理器及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行，实现如权利要求1-7任一项所述的绝缘子机器人越障控制方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210205 |