CN112596517A - 一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法及系统，方法包括：采集垂直和水平激光雷达的测距数据以及垂直转台和水平转台的旋转角度数据，计算获得垂直和水平激光雷达的空间坐标位置；采用侧视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得行线对应点云位置；采用俯视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得最佳作业位置；调整电力斗臂车的绝缘斗运行到最佳目标位置。本发明通过场景感知、可视化重建和空间位置求解的方法，消除了人工定性移动绝缘斗臂，实现可视化的自动移动绝缘斗臂，提升现场作业效率。

Description

一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法及系统

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法，还涉及一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗系统。

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，提升配网机器人操作效率，减少重复调整承载配网带电作业机器人的斗臂车绝缘斗，需要将斗臂车绝缘斗调整到最佳工作位置。目前，斗臂车绝缘斗依靠人工经验进行移动，配网机器人没有给斗臂车位置调整进行智能感知的支撑，现场作业时经常需要重复调整，特别在全自主机器人作业模式，地面经验调整误差更大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法，解决了现有人工经验调整绝缘斗的重复调整绝缘斗臂、定量的斗臂车自动调节和可视化效果差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法，包括：

采集垂直和水平激光雷达的测距数据以及垂直转台和水平转台的旋转角度数据，计算获得垂直和水平激光雷达的空间坐标位置；

根据所述空间坐标位置，采用侧视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得行线对应点云位置；

根据所述行线对应点云位置，采用俯视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得最佳作业位置；

根据所述行线对应点云位置和所述最佳作业位置，调整电力斗臂车的绝缘斗运行到最佳目标位置。

进一步的，还包括：核对电力斗臂车位置是否满足带电机器人作业预先设置空间区域位置要求，若不满足作业要求，则重新采集数据调整；满足作业要求则斗臂车绝缘斗精准移动作业完成。

进一步的，所述采集垂直和水平激光雷达的测距数据之后，还包括：

将垂直和水平激光雷达的测距数据转化为统一基准坐标系数据。

进一步的，所述将垂直和水平激光雷达的测距数据转化为统一基准坐标系数据，包括：

通过点云空间平移和旋转变换公式，将垂直激光雷达和水平激光雷达的测距数据转化为统一基准坐标系数据。

进一步的，所述采用侧视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得行线对应点云位置，包括：

侧视图的方式显示垂直雷达扫描数据，配网三相行线显示为三个点，三角行线路三点为三角形顶点，水平行线路三点为直线布局；

侧视图上行线路投影三点固定投影视图中央，计算获得行线对应点云位置。

进一步的，所述采用俯视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得最佳作业位置，包括：

俯视图方式显示水平雷达扫描数据，识别杆塔位置；

根据行线点云位置，计算获得最佳作业位置。

进一步的，所述调整电力斗臂车的绝缘斗运行到最佳目标位置，包括：

在侧视图和俯视图上，仿真模拟绝缘斗移动路径，调整电力斗臂车的绝缘斗运行到最佳目标位置。

进一步的，所述调整电力斗臂车的绝缘斗运行到最佳目标位置之后，还包括：微调绝缘斗作业位置水平方向。

进一步的，所述微调绝缘斗作业位置水平方向，包括：

计算行线反射雷达扫描的最短欧氏距离时对应垂直雷达旋转的角度；

旋转调整绝缘斗使绝缘斗水平方向与导线平行。

相应的，本发明还提供了一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗系统，在配网机器人水平台面位于机械臂右前方安装垂直转台；在配网机器人水平台面位于机械臂右后方安装水平转台；垂直激光雷达安装在垂直转台上，水平激光雷达安装在水平转台上；调整垂直转台和水平转台旋转角度，使垂直激光雷达扫描面与配网行线垂直，使水平激光雷达扫描面与地面水平；

所述系统包括：

数据采集模块，用于采集垂直和水平激光雷达的测距数据以及垂直转台和水平转台的旋转角度数据，计算获得垂直和水平激光雷达的空间坐标位置；

侧视图显示模块，用于根据所述空间坐标位置，采用侧视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得行线对应点云位置；

俯视图显示模块，用于根据所述行线对应点云位置，采用俯视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得最佳作业位置；

调整位置模块，用于根据所述行线对应点云位置和所述最佳作业位置，调整电力斗臂车的绝缘斗运行到最佳目标位置。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1）本发明通过场景感知、可视化重建和空间位置求解的方法，消除了人工定性移动绝缘斗臂，实现可视化的自动移动绝缘斗臂，提升现场作业效率；通过空间约束求解的方法，实现电力斗臂车机械臂的安全控制，使带点作业机器人处于最佳作业位置，提升带点作业效率和成功率。

2）本发明复用配网带点作业机器人的机关雷达，实现斗臂车和带电作业机器人的协同控制，减低了斗臂车自动化改造成本，也提升了现场作业效率。

3）本发明整体提升现场带电作业的智能化水平，提升作业效率和成功率，实现机器人作业操作自动化。

附图说明

图1是电力斗臂车绝缘斗精准移动步骤图；

图2是配网带电作业环境示意图；

图3是配网带电作业机器人结构图；

图4是场景点云可视化俯视图；

图5是场景点云可视化侧视图。

附图标记：1、电力绝缘斗臂车； 2、电力斗臂；3、电力绝缘斗；4、机器人；5、机械臂；6、水平转台；7、水平激光雷达；8、垂直转台；9、垂直激光雷达；10、杆塔；11、行线。

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。

本发明的一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法，以配网带电作业机器人对配网三角行线路（作业场景接线方式）带电作业位置进行精准定位为例，配网带电作业电力斗臂车精准移动作业。

参见图2和图3所示，电力绝缘斗臂车1上安装电力斗臂2，电力斗臂2末端安装电力绝缘斗3，电力绝缘斗3上安装配网带电作业机器人4（简称机器人），利用配网带电作业机器人4对安装在杆塔10上的导线进行带电作业操作，配网机器人作业有水平上方导线称为行线11，通过配网带电作业电力斗臂车移动，选择合适的作业停靠位置，使其在配网带电作业机器人作业空间范围内。

整个方法采用XYZ三维坐标系，以配网机器人4的机械臂5坐标系原点为统一基准坐标系原点；垂直转台8安装在配网机器人水平台面位于机械臂右前方，旋转轴与Z轴平行；水平转台6安装在配网机器人水平台面位于机械臂右后方，旋转轴与Y轴平行；垂直激光雷达9安装在垂直转台8上，水平激光雷达7安装在水平转台6上。

作业实施方法，参见图1所示，如下：

步骤1：根据配网机器人各部件空间位置的相对关系，计算雷达安装坐标位置，用于后续空间位置变换。

获取垂直激光雷达（雷达扫描面与配网机器人工作台平面Z轴平行）、水平激光雷达（雷达扫描面与配网机器人Y轴平行）、垂直转台（搭载垂直激光雷达，绕Z轴旋转）和水平转台（搭载水平激光雷达，绕Y轴旋转）的安装坐标位置参数，选取配网机器人的机械臂原点为坐标系原点（地面垂直为Z轴，前后方向为Y，左右方向为X），通过通用空间位置变换算法，计算垂直激光雷达和水平激光雷达的空间坐标位置。

步骤2：调整垂直转台和水平转台旋转角度的初始位置。

调整垂直转台和水平转台的旋转角度到0°，使垂直激光雷达扫描面与配网行线垂直，使水平激光雷达扫描面与地面水平。

步骤3：实时进行激光雷达扫描位置和转台位置采集和计算。

实时获取垂直激光雷达传感器和水平激光雷达传感器的激光雷达测距数据，并同步获取垂直转台和水平转台自身的旋转角度数据；根据垂直转台的旋转角度数据，计算垂直激光雷达的当前空间坐标位置值（包括位置X、Y、Z和方向R、P、Y），根据水平转台角度数据，计算水平激光雷达的空间坐标位置值（包括位置X、Y、Z和方向R、P、Y）。

水平转台和垂直转台的激光雷达传感器传送过程，采用嵌入式板件实时同步采集，并实用30Hz的频率将数据发送到上位控制主机，上位控制主机再通过话题（topic）对外发布；水平转台和垂直转台的传送消息内容包括时间、水平转台角度和垂直转台角度，消息主题定义为“robot/scanangle”。

步骤4：对雷达测距数据统一点云空间坐标变化处理。

通过点云空间平移和旋转变换公式，将垂直激光雷达和水平激光雷达的测距数据转化统一基准坐标系数据。具体的过程为：首先将激光雷达扫描数据转化为点云数据，然后将点云数据进行三维空间转化矩阵运算转化，形成统一基准坐标系下点云数据，基准坐标原点和方向为带电作业机器人机械臂坐标系原点和方向。

步骤5：采用可视化方法展示绝缘斗空间位置。

采用侧视图方式（数据投影到OYZ平面）可视化显示空间实时位置，应用点云聚类和数据过滤算法，进行数据预处理，得到行线对应的反射激光雷达的扫描数据，并通过侧视图的方式显示与导线对应点云位置；参见图5所示。

采用俯视图方式（数据投影到OXY平面）可视化显示空间实时位置，应用点云聚类和数据过滤算法，进行数据预处理，获得杆塔反射激光雷达的扫描数据，并通过俯视图方式进行可视化显示，参见图4所示，根据配网机器人的给定的最佳作业区间范围，推荐距离杆塔的最佳作业位置。

所述的点云聚类和数据过滤算法，首先过滤配网机器人本体范围内扫描反射数据，然后进行利用点云聚类算法得到行线扫描数据，为克服导线反射面积小可能存在漏扫描问题，实时运行过程中采用雷达多次扫描叠加冗余。

所述的侧视图的方式显示，实时显示垂直雷达扫描数据，配网三相行线显示为三个点，三角行线路三点为三角形顶点，水平行线路三点为直线布局，侧视图上行线路投影三点固定投影视图中央。

所述的俯视图方式，实时显示水平雷达扫描数据，自动识别杆塔，并人工确认杆塔位置，俯视图固定显示杆塔位置，行线路投影位置也固定，移动斗臂时配网机器人在视图上向行线路投影位置移动。

步骤6：电力斗臂车绝缘斗位置自动调整。

计算电力斗臂车操作各机构的控制值，电力斗臂车绝缘斗自动调整目标位置。

所述的电力斗臂车绝缘斗位置自动调整，采用人工粗调首先移动绝缘斗到行线下位置1m范围，配网带点作业机器人控制主机也控制电力斗臂车微调关节值使绝缘斗到精准作业位置范围。

根据电力斗臂绝缘斗调节特性，建立电力斗臂的机器人连接D-H模型，计算安全特性的关节约束表；绝缘斗支持旋转调整，旋转独立调整，电力斗臂车主要调整绝缘斗的空间位置（X、Y、Z）。

所述的计算电力斗臂车目标关节值的过程为，获取电力斗臂车各斗臂关节实时值，通过电力斗臂D-H模型，计算斗臂末端绝缘斗的实时坐标位置，根据配网机器人推荐可作业的垂直高度位置和纵向深度位置，电力绝缘斗调整采用局部逼近插值的方式进行求电力机械臂逆解，通过路点插补得到机械臂绝缘斗路径，计算出电力斗臂关节的目标值。

在侧视图和俯视图上，进行仿真模拟机械臂绝缘斗移动路径，人工确认路径后，配网带点作业机器人控制电力斗臂车绝缘斗自动运行到目标位置。

步骤7：绝缘斗作业位置水平方向微调。

设置垂直雷达转台角度自动转动角度范围为-20°~20°，并统计计算行线反射雷达扫描的最短欧氏距离时对应垂直雷达旋转的角度，并记录下最短欧式距离时垂直雷达旋转的角度数据；旋转调整绝缘斗，调整角度为最短欧式距离的角度数字，使绝缘斗X方向与导线平行。

步骤8：核对斗臂位置是否满足带电机器人作业预先设置空间区域位置要求，不满足要求，则跳转到步骤2，满足作业要求斗臂车绝缘斗精准移动作业完成。

本发明应用配网机器人携带的激光雷达进行实时扫描和测距，实现电力斗臂车绝缘斗工作位置的精准调整，减少配网带电作业机器人的作业过程中的干涉风险，提升配网带电作业机器人实用性。

相应的，本发明的一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗系统，在配网机器人水平台面位于机械臂右前方安装垂直转台；在配网机器人水平台面位于机械臂右后方安装水平转台；垂直激光雷达安装在垂直转台上，水平激光雷达安装在水平转台上；调整垂直转台和水平转台旋转角度，使垂直激光雷达扫描面与配网行线垂直，使水平激光雷达扫描面与地面水平；

所述系统包括：

数据采集模块，用于采集垂直和水平激光雷达的测距数据以及垂直转台和水平转台的旋转角度数据，计算获得垂直和水平激光雷达的空间坐标位置；

侧视图显示模块，用于采用侧视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得行线对应点云位置；

俯视图显示模块，用于采用俯视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得最佳作业位置；

调整位置模块，用于调整电力斗臂车的绝缘斗运行到最佳目标位置。

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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法，其特征是，包括：

采集垂直和水平激光雷达的测距数据以及垂直转台和水平转台的旋转角度数据，计算获得垂直和水平激光雷达的空间坐标位置；

根据所述空间坐标位置，采用侧视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得行线对应点云位置；

根据所述行线对应点云位置，采用俯视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得最佳作业位置；

根据所述行线对应点云位置和所述最佳作业位置，调整电力斗臂车的绝缘斗运行到最佳目标位置。

2.根据权利要求1所述的一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法，其特征是，还包括：核对电力斗臂车的绝缘斗运行到的位置是否满足带电机器人作业预先设置空间区域位置要求，若不满足作业要求，则重新采集数据调整；满足作业要求则斗臂车绝缘斗精准移动作业完成。

3.根据权利要求1所述的一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法，其特征是，所述采集垂直和水平激光雷达的测距数据之后，还包括：

将垂直和水平激光雷达的测距数据转化为统一基准坐标系数据。

4.根据权利要求3所述的一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法，其特征是，所述将垂直和水平激光雷达的测距数据转化为统一基准坐标系数据，包括：

通过点云空间平移和旋转变换公式，将垂直激光雷达和水平激光雷达的测距数据转化为统一基准坐标系数据。

5.根据权利要求1所述的一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法，其特征是，所述采用侧视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得行线对应点云位置，包括：

侧视图的方式显示垂直雷达扫描数据，配网三相行线显示为三个点，三角行线路三点为三角形顶点，水平行线路三点为直线布局；

侧视图上行线路投影三点固定投影视图中央，计算获得行线对应点云位置。

6.根据权利要求5所述的一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法，其特征是，所述采用俯视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得最佳作业位置，包括：

俯视图方式显示水平雷达扫描数据，识别杆塔位置；

根据行线点云位置，计算获得最佳作业位置。

7.根据权利要求1所述的一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法，其特征是，所述调整电力斗臂车的绝缘斗运行到最佳目标位置，包括：

在侧视图和俯视图上，仿真模拟绝缘斗移动路径，调整电力斗臂车的绝缘斗运行到最佳目标位置。

8.根据权利要求1所述的一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法，其特征是，所述调整电力斗臂车的绝缘斗运行到最佳目标位置之后，还包括：微调绝缘斗作业位置水平方向。

9.根据权利要求8所述的一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗方法，其特征是，所述微调绝缘斗作业位置水平方向，包括：

计算行线反射雷达扫描的最短欧氏距离时对应垂直雷达旋转的角度；

旋转调整绝缘斗使绝缘斗水平方向与导线平行。

10.一种配网带电作业电力斗臂车绝缘斗精准移斗系统，其特征是，在配网机器人水平台面位于机械臂右前方安装垂直转台；在配网机器人水平台面位于机械臂右后方安装水平转台；垂直激光雷达安装在垂直转台上，水平激光雷达安装在水平转台上；调整垂直转台和水平转台旋转角度，使垂直激光雷达扫描面与配网行线垂直，使水平激光雷达扫描面与地面水平；

所述系统包括：

数据采集模块，用于采集垂直和水平激光雷达的测距数据以及垂直转台和水平转台的旋转角度数据，计算获得垂直和水平激光雷达的空间坐标位置；

侧视图显示模块，用于根据所述空间坐标位置，采用侧视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得行线对应点云位置；

俯视图显示模块，用于根据所述行线对应点云位置，采用俯视图方式可视化显示空间实时位置，计算获得最佳作业位置；

调整位置模块，用于根据所述行线对应点云位置和所述最佳作业位置，调整电力斗臂车的绝缘斗运行到最佳目标位置。

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