CN112388630A - 基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人及其工作方法 - Google Patents

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CN112388630A CN202011083666.XA CN202011083666A CN112388630A CN 112388630 A CN112388630 A CN 112388630A CN 202011083666 A CN202011083666 A CN 202011083666A CN 112388630 A CN112388630 A CN 112388630A
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Abstract

本发明公开了基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人，属于配网带电剥线技术领域，包括绝缘斗和设置在绝缘斗上的机械臂和双目相机，机械臂上设有控制器和电动剥线工具，绝缘斗上还设有用于控制机械臂、电动剥线工具和双目相机的控制柜，机械臂和电动剥线工具均与控制器有线连接，控制器与控制柜有线连接，双目相机与控制柜连接，本发明还公开了其工作方法。本发明旨在代替传统人工手动剥线作业的方式，提高剥线效率和安全性，可实现全自动的剥线作业，代替原有的手动剥线方式，一方面，自动化方式比手动方式操作更简单、易于控制；另一方面，作业过程中操作人员在地面，无需面对带电电线，使得作业更加安全。

Description

基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人及其工作方法
技术领域
本发明属于配网带电剥线技术领域，具体涉及基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人及其工作方法。
背景技术
随着我国社会经济的不断发展、基础设施建设日益完善，配电网络要进行不间断输电，因此要经常开展带电作业任务。其中，配电网的电缆线剥线任务是一项典型的带电作业任务，需要专业操作人员使用专业剥线工具、在绝缘斗中完成。
目前现有技术中出现了电动的剥线工具代替原先的手动剥线工具，例如公告号为CN206480990U的中国专利公开了一种电缆剥皮刀，包括套管，套管设有第一螺纹通孔、第二螺纹通孔和切刀避让通道，切刀避让通道内穿设有用于对电缆绝缘皮进行轴向切割的第一切刀，第一剖切刀通过轴头同套管铰接在一起，套管的外表面设有螺纹段，螺纹段上螺纹连接有切割深度调整环，切割深度调整环用于驱动第一剖切刀以轴头为轴转动以调节第一切刀伸入套管内的深度，第一螺纹通孔内螺纹连接有夹持杆，第二螺纹孔内螺纹连接有驱动杆，驱动杆的内端设有对电缆绝缘皮进行周向切割的第二切刀。该实用新型提供了一种能够提高电缆端头剥皮时的安全性的电缆剥皮刀，解决了人工用小刀剔除进行剥皮安全性差且效率低的问题；但是其剥线方式仍是人工进行，需要人工手持剥线工具，先打开剥线工具，将剥线工具放置于电缆线起始点，夹住电缆线，闭合剥线工具，推进刀口，将绝缘层剥离。操作人员在操作过程中需要保持剥线工具沿直线缓慢匀速移动，保证绝缘层剥离干净、且不对内部线缆造成伤害。手动剥线操作需要操作人员与带电线近距离接触，安全性较低，并且对操作人员技术熟练度要求较高，需要经过大量的训练及实操，人工成本较高。
同时，针对带电作业，目前已有利用机械臂进行的技术，将机械臂及操作工具安装在绝缘斗上，将绝缘斗抬升到作业点，操作人员在地面通过远程视频，以远程操控的方式控制机械臂移动，完成相应的动作。例如公告为CN103085084A的中国专利公开了一种用于高压带电作业机器人的视觉系统，它包括操作端，操作端包括左机械臂和右机械臂，左机械臂和右机械臂均安装在绝缘斗上，在左机械臂上安装有左立体摄像机和左立体相机，在右机械臂上安装有右立体摄像机和右立体相机；在绝缘斗的前侧设有可见光摄像机I，在绝缘斗后侧设有摄像机支柱，在支柱的顶端设有可见光摄像机II；左立体摄像机、右立体摄像机、左立体相机、右立体相机、可见光摄像机I和可见光摄像机II均与地面遥控端连接，并公开了一种工作方法，该发明可以使操作人员彻底摆脱高空、高危的工作环境，降低劳动强度，大大提高工作安全性，实现对被操作物体位置和姿态的自动识别，提高作业的自动化、智能化水平。
又例如公告为CN108942929A的中国专利公开了基于双目立体视觉的机械臂定位抓取的方法及装置。该方法包括确定世界坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系；通过尺度不变特征变换SIFT特征匹配规则对目标电力仪表进行分类和识别；计算所述目标电力仪表在世界坐标系中的第一目标位置，并根据所述世界坐标系与所述机械臂坐标系之间的转换关系确定所述第一目标位置在机械臂坐标系中的第二目标位置；根据所述目标电力仪表的类别特征和所述第二目标位置对所述目标电力仪表进行抓取。该发明可以提高仪表抓取的精度；将待检仪表放置在旋转平台可以使整个检定系统提高检定效率。
但是，现有技术中并没有针对配电网的电缆线剥线的自动化设备，操作人员采用的均是手动剥线作业方式，手动剥线方式具有以下缺点：第一，操作难度大，操作过程中需要保持剥线工具沿直线缓慢匀速移动，对操作人员技术熟练度要求较高。第二，安全性较差，需要操作人员对带电线缆近距离接触操作。第三，自动化及智能化程度低，整个作业过程人工参与度较高，作业完成质量依赖操作者的操作熟练度，无法实现机器自动完成作业。
因此，需要用一种自动化的方式完成剥线，代替传统人工手动剥线作业的方式，提高剥线效率和安全性。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人，实现用自动化的方式完成剥线，代替传统人工手动剥线作业的方式，提高剥线效率和安全性；本发明的另一目的是提供其工作方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人，包括设置在绝缘斗上的双目相机、机械臂和控制柜，在所述的机械臂末端安装电动剥线工具，所述的控制柜为高性能计算机，通过USB线连接所述的双目相机，获取双目图像数据并进行处理，所述的控制柜与控制器通过网线连接，通过socket通信方式进行控制指令和状态数据的传输；其中，所述的控制柜与人机交互平板以无线局域网的方式进行连接，在人机交互平板展示人机交互界面。
进一步地，所述的绝缘斗安装于外设的液压升降平台上。
进一步地，所述的机械臂安装于绝缘斗中部，所述的电动剥线工具安装于机械臂末端。
进一步地，所述的机械臂和所述的电动剥线工具均通过CAN总线与控制器进行通信连接，实现控制器对机械臂的各关节电机和电动剥线工具的控制和状态读取。
进一步地，所述的双目相机安装于绝缘斗上的支架上，所述的双目相机通过USB线连接到控制柜的USB接口。
进一步地，在所述的控制柜中还设置有预览模块，用于以画面的形式预览机械臂的运动；所述的控制柜与人机交互平板以无线局域网的方式进行连接。
进一步地，基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人的工作方法，包括如下步骤：
步骤一：将绝缘斗抬升至待作业电线附近，双目相机感知周围物体的类型与位置，识别待作业的电线并定位，同时采集图像信息传输至控制柜，控制柜对信息进行处理，并通过无线与地面的人机交互平板连接；
步骤二：通过人机交互平板，控制机械臂回到起始位置；
步骤三：通过人机交互平板，查看双目相机的图像，选择被剥电线的起始点、终止点，选择完成后，控制柜进行机械臂的运动规划；
步骤四：点击人机交互平板的预览按钮，以画面的形式预览机械臂的运动，此时真实的机械臂并不运动；
步骤五：点击人机交互平板的开始作业按钮，机械臂开始作业，首先电动剥线工具张开，机械臂将电动剥线工具运动到起始点，电动剥线工具闭合并开始旋转刀具，同时机械臂将电动剥线工具以顺着电线的方式缓慢向终止点移动，到达终止点后，电动剥线工具停止旋转刀具，并张开，机械臂将电动剥线工具运动到起始位置；
步骤六：人机交互平板提示剥线作业完成，任务结束。
进一步地，步骤一中，所述的控制柜对信息进行处理，是将双目相机感知到的相机坐标系转换为世界坐标系，其变换关系包括如下步骤：
Figure BDA0002719554100000041
其中，xc、yc、zc为目标在相机坐标系下的坐标，xw、yw、zw为目标在世界坐标系下的坐标，Rcw、Tcw分别为相机坐标系到世界坐标系的旋转和平移矩阵，表征了相机坐标系和世界坐标系的相对位置关系，由双目相机的安装位置得出，通常也将旋转平移变换用矩阵Mcw来表示；同理，定义机械臂坐标系与世界坐标系变换关系为：
Figure BDA0002719554100000042
其中，xr、yr、zr为目标在机械臂坐标系下的坐标，xw、yw、zw为目标在世界坐标系下的坐标，Rwr、Twr分别为世界坐标系到机械臂坐标系的旋转和平移矩阵，表征了机械臂坐标系和世界坐标系的相对位置关系，由机械臂的安装位置得出，通常也将旋转平移变换用矩阵Mwr来表示；这样，相机坐标系到机械臂坐标系的坐标变换即：
Figure BDA0002719554100000043
所以，相机坐标系到机械臂坐标系的变换矩阵Mcr＝MwrMcw；双目相机获取到物体的三维点云信息，并传输到人机交互平板展示，作业人员选取三维点，即获得其在相机坐标系下的坐标，利用公式(III)转换为机械臂坐标系下的坐标，进而进行运动规划和避障。
进一步地，步骤三中，所述的控制柜进行机械臂的运动规划，是根据世界坐标系作出机械臂的运动规划和避障，使电动剥线工具顺着电线的方向移动，包括如下步骤：
在剥线作业时，机械臂末端的电动剥线工具需要顺着电线移动，所以其运动轨迹上的每一点都有角度约束条件；设起始点为xstart,ystart,zstart、终止点为xend,yend,zend，则运动轨迹中的每一点均位于其连线L上，第i个轨迹点(xi,yi,zi)的坐标：
Figure BDA0002719554100000051
其中N为所有轨迹点的个数；在机械臂运动过程中，要保证末端电动剥线工具中心点经过每个点(xi,yi,zi)，同时，还要确保电动剥线工具垂直于线段L，这样当机械臂移动时，使电动剥线工具顺着电线的方向移动，由于过点(xi,yi,zi)有无数条直线垂直于线段L，所以需添加约束，在此令电动剥线工具经过每一点(xi,yi,zi)时同时垂直于由线段L和机械臂原点所构成的平面，就达到了唯一约束的目的。
有益效果：与现有技术相比，本发明的基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人，操作者只需通过用户交互界面指定电线的剥线起点和终点，机器人即可自动完成剥线动作，可实现全自动的剥线作业，代替原有的手动剥线方式；本发明的基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人的工作方法，一方面，自动化方式比手动方式操作更简单、易于控制，降低操作者的劳动强度，且无需对作业人员进行大量的操作培训，降低作业成本；另一方面，作业过程中操作人员在地面，无需面对带电电线，使得作业更加安全。
附图说明
图1是基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人的系统组成图；
图2是基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人的模块连接关系图；
图3是基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人的工作方法的作业流程图；
图4是基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人的工作方法的电动剥线工具带有姿态约束的运动轨迹图；
图5是基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人的电动剥线工具与电线的位置关系图；
附图标记：1-电动剥线工具；2-双目相机；3-人机交互平板；4-机械臂；5-控制柜；6-绝缘斗。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。
如图1和图2所示，基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人，包括绝缘斗6以及设置在绝缘斗6上的机械臂4和双目相机2，机械臂4上设有控制器和电动剥线工具1，绝缘斗6上还设有用于控制机械臂4、电动剥线工具1和双目相机2的控制柜5；
绝缘斗6安装于外设的液压升降平台上，进行作业时用于将绝缘斗6抬升至待作业电线附近；机械臂4安装于绝缘斗6中部，电动剥线工具1安装于机械臂4末端，机械臂4和电动剥线工具1均与控制器通过CAN双绞线连接，控制器与控制柜5通过网线连接，控制柜5传递信号至控制器，控制器通过控制命令控制机械臂4的运动规划，从而带动电动剥线工具1以特定角度至特定位置，并通过控制命令控制电动剥线工具1打开，将电线夹住，以旋转的方式进行剥线；双目相机2安装于绝缘斗6上的支架上，双目相机2与控制柜5通过USB线连接，用于感知周围物体的类型与位置，识别待作业的电线并定位。
控制柜5中还设置有预览模块，用于以画面的形式预览机械臂4的运动。
控制柜5上还通过WiFi连接有人机交互平板3，人机交互平板3与控制柜5进行通信，并展示人机交互界面。
其中，液压升降平台、绝缘斗6、机械臂4、双目相机2、电动剥线工具1、控制柜5以及控制器与公告号为CN206480990U的中国专利“一种电缆剥皮刀”、公告为CN103085084A的中国专利“一种用于高压带电作业机器人的视觉系统”、公告为CN108942929A的中国专利“基于双目立体视觉的机械臂定位抓取的方法及装置”中所述的液压升降平台、绝缘斗、机械臂、双目相机、电动剥线工具、控制柜和控制器的结构、组成以及工作原理均相似，因此不做具体阐述，人机交互平板3可以为市面上常见的各类平板电脑。
如图3所示，基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人的工作方法，包括如下步骤：
步骤一：通过外设的液压升降平台将绝缘斗6抬升至待作业电线附近，使电线位于双目相机2感知视野之内，双目相机2感知周围物体的类型与位置，识别待作业的电线并定位，同时采集图像信息传输至控制柜5，控制柜5对信息进行处理，并通过无线与地面的人机交互平板3连接；
步骤二：作业人员在地面，通过人机交互平板3，控制机械臂4回到起始位置；
步骤三：作业人员通过人机交互平板3，查看双目相机2的图像，并以点击的方式选择被剥电线的起始点、终止点，选择完成后，控制柜5进行机械臂4的运动规划；
步骤四：作业人员点击人机交互平板3的预览按钮，可以以画面的形式预览机械臂4的运动，此时真实的机械臂4并不运动；
步骤五：作业人员点击人机交互平板3的开始作业按钮，机械臂4开始作业，首先电动剥线工具1张开，机械臂4将电动剥线工具1运动到起始点，电动剥线工具1闭合并开始旋转刀具，同时机械臂4将电动剥线工具1以顺着电线的方式缓慢向终止点移动，到达终止点后，电动剥线工具1停止旋转刀具，并张开，机械臂4将电动剥线工具11运动到起始位置
步骤六：人机交互平板3提示剥线作业完成，任务结束。
步骤一中控制柜5对信息进行处理的具体步骤包括坐标系的转换，将双目相机2感知到的相机坐标系转换为世界坐标系。
步骤一中控制柜5对信息进行处理的具体步骤还包括机械臂4的运动规划，根据世界坐标系作出机械臂4的运动规划和避障，使电动剥线工具1顺着电线的方向移动。
原理：
一、坐标系的转换
由双目相机2感知到的物体坐标是在相机坐标系的坐标，需要转换到世界坐标系。其变换关系为：
Figure BDA0002719554100000071
其中，xc、yc、zc为目标在相机坐标系下的坐标，xw、yw、zw为目标在世界坐标系下的坐标，Rcw、Tcw分别为相机坐标系到世界坐标系的旋转和平移矩阵，表征了相机坐标系和世界坐标系的相对位置关系，可由双目相机2的安装位置得出，通常也将旋转平移变换用矩阵Mcw来表示。
同理，定义机械臂坐标系与世界坐标系变换关系为：
Figure BDA0002719554100000081
其中，xr、yr、zr为目标在机械臂坐标系下的坐标，xw、yw、zw为目标在世界坐标系下的坐标，Rwr、Twr分别为世界坐标系到机械臂坐标系的旋转和平移矩阵，表征了机械臂坐标系和世界坐标系的相对位置关系，可由机械臂4的安装位置得出，通常也将旋转平移变换用矩阵Mwr来表示。
这样，相机坐标系到机械臂坐标系的坐标变换即：
Figure BDA0002719554100000082
所以，相机坐标系到机械臂坐标系的变换矩阵Mcr＝MwrMcw。
双目相机2获取到物体的三维点云信息，并传输到人机交互平板3展示，作业人员选取三维点，即可获得其在相机坐标系下的坐标，利用公式(III)转换为机械臂坐标系下的坐标，进而进行运动规划和避障。
二、机械臂4的运动规划
由于在剥线作业时，机械臂4末端的电动剥线工具1需要顺着电线移动，所以其运动轨迹上的每一点都有角度约束条件。如图4所示，设起始点为(xstart,ystart,zstart)、终止点为(xend,yend,zend)，则运动轨迹中的每一点均位于其连线L上，第i个轨迹点(xi,yi,zi)的坐标：
Figure BDA0002719554100000083
其中N为所有轨迹点的个数。
在机械臂4运动过程中，要保证末端电动剥线工具1中心点经过每个点(xi,yi,zi)，同时，还要确保电动剥线工具1垂直于线段L，这样当机械臂4移动时，才能使电动剥线工具1顺着电线的方向移动，如图5所示。由于过点(xi,yi,zi)有无数条直线垂直于线段L，所以需添加约束，在此令电动剥线工具1经过每一点(xi,yi,zi)时同时垂直于由线段L和机械臂4原点所构成的平面，就达到了唯一约束的目的。
本发明目的是用自动化的方式完成剥线，代替传统人工手动剥线作业的方式，提高剥线效率和安全性。设计一套配电网带电自动剥线系统，系统采用六轴机械臂4作为操作机构放置于绝缘斗6中，机械臂4末端装有电动剥线工具1，绝缘斗6上装有双目相机2，操作人员只需通过人机交互平板3点击剥线起点和终点，机械臂4即可自动完成剥线任务。这种自动剥线方式极大地降低了剥线操作难度，操作人员只需点击需要进行剥线的部位即可，机械臂4会自动规划至起始点，并沿电线缓慢匀速移动进行剥线，无需人的参与。双目相机2会自动识别并计算出电线在空间中的位置，并感知周边障碍物，确保电动剥线工具1剥线时不会发生碰撞。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人，其特征在于：包括设置在绝缘斗(6)上的双目相机(2)、机械臂(4)和控制柜(5)，在所述的机械臂(4)上安装电动剥线工具(1)，所述的控制柜(5)连接所述的双目相机(2)，获取双目图像数据并进行处理，所述的控制柜(5)与控制器连接，控制指令和状态数据的传输；所述的控制柜(5)与人机交互平板(3)连接。
2.根据权利要求1所述的基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人，其特征在于：所述的绝缘斗(6)安装于外设的液压升降平台上。
3.根据权利要求1所述的基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人，其特征在于：所述的机械臂(4)安装于绝缘斗(6)中部，所述的电动剥线工具(1)安装于机械臂(4)末端。
4.根据权利要求1所述的基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人，其特征在于：所述的机械臂(4)和电动剥线工具(1)均通过CAN总线与控制器进行通信连接，实现控制器对机械臂(4)的各关节电机和电动剥线工具(1)的控制和状态读取。
5.根据权利要求1所述的基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人，其特征在于：所述的双目相机(2)安装于绝缘斗(6)上的支架上，所述的双目相机(2)通过USB线连接到控制柜(5)的USB接口。
6.根据权利要求1所述的基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人，其特征在于：在所述的控制柜(5)中还设置有预览模块，用于以画面的形式预览机械臂(4)的运动；所述的控制柜(5)与人机交互平板(3)以无线局域网的方式进行连接。
7.权利要求1-6中任意一项所述的基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将绝缘斗(6)抬升至待作业电线附近，双目相机(2)感知周围物体的类型与位置，识别待作业的电线并定位，同时采集图像信息传输至控制柜(5)，控制柜(5)对信息进行处理，并通过无线与地面的人机交互平板(3)连接；
步骤二：通过人机交互平板(3)，控制机械臂(4)回到起始位置；
步骤三：通过人机交互平板(3)，查看双目相机(2)的图像，选择被剥电线的起始点、终止点，选择完成后，控制柜(5)进行机械臂(4)的运动规划；
步骤四：点击人机交互平板(3)的预览按钮，以画面的形式预览机械臂(4)的运动，此时真实的机械臂(4)不运动；
步骤五：点击人机交互平板(3)的开始作业按钮，机械臂(4)开始作业，首先电动剥线工具(1)张开，机械臂(4)将电动剥线工具(1)运动到起始点，电动剥线工具(1)闭合并开始旋转刀具，同时机械臂(4)将电动剥线工具(1)以顺着电线的方式缓慢向终止点移动，到达终止点后，电动剥线工具(1)停止旋转刀具，并张开，机械臂(4)将电动剥线工具(1)运动到起始位置；
步骤六：人机交互平板(3)提示剥线作业完成，任务结束。
8.根据权利要求7所述的基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人的工作方法，其特征在于：步骤一中，所述的控制柜(5)对信息进行处理，是将双目相机(2)感知到的相机坐标系转换为世界坐标系，其变换关系包括如下步骤：
Figure FDA0002719554090000021
其中，xc、yc、zc为目标在相机坐标系下的坐标，xw、yw、zw为目标在世界坐标系下的坐标，Rcw、Tcw分别为相机坐标系到世界坐标系的旋转和平移矩阵，表征了相机坐标系和世界坐标系的相对位置关系，由双目相机(2)的安装位置得出，将旋转平移变换用矩阵Mcw来表示；同理，定义机械臂坐标系与世界坐标系变换关系为：
Figure FDA0002719554090000022
其中，xr、yr、zr为目标在机械臂坐标系下的坐标，xw、yw、zw为目标在世界坐标系下的坐标，Rwr、Twr分别为世界坐标系到机械臂坐标系的旋转和平移矩阵，表征了机械臂坐标系和世界坐标系的相对位置关系，由机械臂(4)的安装位置得出，将旋转平移变换用矩阵Mwr来表示；相机坐标系到机械臂坐标系的坐标变换即：
Figure FDA0002719554090000031
相机坐标系到机械臂坐标系的变换矩阵Mcr＝MwrMcw双目相机。
9.根据权利要求8所述的基于双目视觉的配网带电作业剥线机器人的工作方法，其特征在于：步骤三中，所述的控制柜(5)进行机械臂(4)的运动规划，是根据世界坐标系作出机械臂(4)的运动规划和避障，使电动剥线工具(1)顺着电线的方向移动，包括如下步骤：
在剥线作业时，机械臂(4)末端的电动剥线工具(1)顺着电线移动，其运动轨迹上的每一点都有角度约束条件；设起始点为xstart,ystart,zstart、终止点为xend,yend,zend，则运动轨迹中的每一点均位于其连线L上，第i个轨迹点(xi,yi,zi)的坐标：
Figure FDA0002719554090000032
其中N为所有轨迹点的个数；在机械臂(4)运动过程中，保证末端电动剥线工具(1)中心点经过每个点(xi,yi,zi)，同时电动剥线工具(1)垂直于线段L，当机械臂(4)移动时，使电动剥线工具(1)顺着电线的方向移动；令电动剥线工具(1)经过每一点(xi,yi,zi)时同时垂直于由线段L和机械臂(4)原点所构成的平面，实现唯一约束的目的。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112954280A (zh) * 2021-04-21 2021-06-11 国网瑞嘉(天津)智能机器人有限公司 一种基于智能可穿戴设备的人工带电作业系统及方法
CN114205523A (zh) * 2021-11-18 2022-03-18 苏州长风航空电子有限公司 一种光电转台监控图像控制方法
CN114536410A (zh) * 2022-01-12 2022-05-27 慈溪市输变电工程有限公司 一种用于带电作业机器人的绝缘防护结构
CN114770498A (zh) * 2022-03-31 2022-07-22 常州市盈能电气有限公司 一种带电作业机器人作业方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08322120A (ja) * 1995-05-23 1996-12-03 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 高所作業用ブームの位置決め方法および位置決め支援装置
CN206480990U (zh) * 2016-12-30 2017-09-08 浙江大有实业有限公司配电工程分公司 电缆剥皮刀
CN108834576A (zh) * 2018-06-07 2018-11-20 华南农业大学 一种基于双目视觉的柑橘采摘机器人及其实现方法
CN108858121A (zh) * 2018-07-27 2018-11-23 国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司 带电作业机器人及其控制方法
CN110421546A (zh) * 2019-06-21 2019-11-08 国网安徽省电力有限公司淮南供电公司 一种具有自动快换作业工具系统的配网带电作业机器人
CN111463637A (zh) * 2020-06-17 2020-07-28 天津滨电电力工程有限公司 配网带电搭接引线作业流程方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08322120A (ja) * 1995-05-23 1996-12-03 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 高所作業用ブームの位置決め方法および位置決め支援装置
CN206480990U (zh) * 2016-12-30 2017-09-08 浙江大有实业有限公司配电工程分公司 电缆剥皮刀
CN108834576A (zh) * 2018-06-07 2018-11-20 华南农业大学 一种基于双目视觉的柑橘采摘机器人及其实现方法
CN108858121A (zh) * 2018-07-27 2018-11-23 国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司 带电作业机器人及其控制方法
CN110421546A (zh) * 2019-06-21 2019-11-08 国网安徽省电力有限公司淮南供电公司 一种具有自动快换作业工具系统的配网带电作业机器人
CN111463637A (zh) * 2020-06-17 2020-07-28 天津滨电电力工程有限公司 配网带电搭接引线作业流程方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112954280A (zh) * 2021-04-21 2021-06-11 国网瑞嘉(天津)智能机器人有限公司 一种基于智能可穿戴设备的人工带电作业系统及方法
CN112954280B (zh) * 2021-04-21 2023-08-04 国网瑞嘉(天津)智能机器人有限公司 一种基于智能可穿戴设备的人工带电作业系统及方法
CN114205523A (zh) * 2021-11-18 2022-03-18 苏州长风航空电子有限公司 一种光电转台监控图像控制方法
CN114205523B (zh) * 2021-11-18 2024-06-04 苏州长风航空电子有限公司 一种光电转台监控图像控制方法
CN114536410A (zh) * 2022-01-12 2022-05-27 慈溪市输变电工程有限公司 一种用于带电作业机器人的绝缘防护结构
CN114536410B (zh) * 2022-01-12 2023-06-30 慈溪市输变电工程有限公司 一种用于带电作业机器人的绝缘防护结构
CN114770498A (zh) * 2022-03-31 2022-07-22 常州市盈能电气有限公司 一种带电作业机器人作业方法

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