CN113702995B - 一种用于辅助挂放接地线作业的空间定位系统 - Google Patents

一种用于辅助挂放接地线作业的空间定位系统 Download PDF

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Abstract

一种用于辅助挂放接地线作业的空间定位系统。包括双目摄像机、3D激光雷达、通信接口、粗识别定位算法模块、细识别定位算法模块与无线通信模块；所述双目摄像机和3D激光雷达位于母线上的接地点同侧或两侧；所述双目摄像机通过通信接口连接粗识别定位算法模块，所述3D激光雷达通过通信接口连接细识别定位算法模块，所述挂放接地线辅助机器人具有机械臂，所述机械臂用于夹取智能接地线，所述智能接地线连接用于接地的铜线体；所述粗识别定位算法模块和细识别定位算法模块分别在MCU处理器中实现。本发明提高了接地线放的定位精度，提高了工作效率。

Description

一种用于辅助挂放接地线作业的空间定位系统
技术领域
本发明涉及敞开式变电站检修领域，尤其涉及一种用于辅助挂放接地线作业的空间定位系统。
背景技术
接地线是电力系统中为了在已停电的设备和线路上意外出现电压时保证工作人员安全的重要工具, 其作用是在高压设备进行停电检修或进行其他工作时，防止设备突然来电和邻近高压带电设备产生感应电压对人体的危害，同时泄放断电设备的剩余电荷。因此，安装和拆除临时接地线是电力系统中一项重要的检修操作。
目前，国内外对于接地线检修维护工作中仍然仅靠现场检修人员凭电话报告、文字记录、纸张显示的传统汇报方式，这种传统的人工作业流程中存在大量的不可靠因素，不能准确定位跟踪正确的接地线，给接地线的检修带来不便，费时费力，且往往由于检修人员的疏忽，常常漏摘或接错接地线，给电力部门带来了巨大的经济损失，同时也影响了居民的正常用电。
发明内容
本发明针对以上问题，提供了一种智能定位，提高工作效率和可靠性的用于辅助挂放接地线作业的空间定位系统。
本发明的技术方案为：包括双目摄像机、3D激光雷达、通信接口、粗识别定位算法模块、细识别定位算法模块与无线通信模块；
所述双目摄像机和3D激光雷达位于母线上的接地点同侧或两侧；
所述双目摄像机通过通信接口连接粗识别定位算法模块，
所述3D激光雷达通过通信接口连接细识别定位算法模块，
所述通信接口用于完成采集数据与MCU处理器之间的数据传输，
所述粗识别定位算法模块用于输出智能接地线实时空间坐标，
所述细识别定位算法模块用于输出智能接地线标记线坐标，
再将智能接地线实时空间坐标和智能接地线标记线坐标通过无线通信模块传输至挂放接地线辅助机器人，
所述挂放接地线辅助机器人位于接地点的下方,
所述挂放接地线辅助机器人具有机械臂，所述机械臂用于夹取智能接地线，所述智能接地线连接用于接地的铜线体；
所述粗识别定位算法模块和细识别定位算法模块分别在MCU处理器中实现。
所述双目摄像机和3D激光雷达分别具有两个，
两个双目摄像机、两个3D激光雷达以及母线位于同一平面。
所述双目摄像机和3D激光雷达分别具有测距模块，所述测距模块用于测得与接地点之间的距离；
所述双目摄像机和3D激光雷达分别具有识别模块，所述识别模块用于识别智能接地线与机械臂。
所述智能接地线的头尾分别设有标记线，所述3D激光雷达用于识别标记线。
所述粗识别定位算法模块通过两个双目摄像机分别获得智能接地线和机械臂的图像与测距的两组数据，两组数据互为备份与校准，
再结合母线所在检修现场的空间三维全数据地图，用于获取母线三维坐标集、智能接地线三维坐标和机械臂三维坐标；
所述细识别定位算法模块通过两个3D激光雷达分别获得智能接地线和机械臂的图像与测距的两组数据，两组数据互为备份与校准，
再结合母线所在检修现场的空间三维全数据地图，用于获取智能接地线上标记线三维坐标。
所述标记线为反光膜。
本发明在工作中，将双目摄像机和3D激光雷达置于母线上的接地点同侧或两侧，固定位双目摄像机与固定位3D激光雷达分别连接到粗识别定位算法模块与细识别定位算法模块，然后分别输出接地线预置空间坐标范围与智能接地线标记线坐标，再将以上数据通过无线通信模块传递给挂放接地线辅助机器人，进而为其实现自动挂放接地线操作提供坐标数据。
本发明通过双目摄像机和3D激光雷达实时采集坐标反馈，提高了接地线放的定位精度，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明的系统框图，
图2是本发明的系统原理图，
图3是本发明的工作状态图，
图4是本发明的系统布置图。
具体实施方式
本发明如图1-4所示，包括：固定位双目摄像机、固定位3D激光雷达、通信接口、粗/细识别定位算法模块和无线通信模块；
其中，固定位双目摄像机与固定位3D激光雷达通过通信接口分别连接到粗识别定位算法模块与细识别定位算法模块，然后分别输出智能接地线实时空间坐标与智能接地线标记线坐标，再将以上数据通过无线通信模块传递给挂放接地线辅助机器人。
所述挂放接地线辅助机器人位于接地点的下方。应用中，接地点预先设置，然后，挂放接地线辅助机器人运行至接地点下方。
所述挂放接地线辅助机器人具有机械臂，所述机械臂用于夹取智能接地线，所述智能接地线连接用于接地的铜线体。
其中：
固定位双目摄像机和固定位3D激光雷达，分别用于完成目标物实时空间坐标采集；
挂接地线时：
双目摄像机的目标物为：母线、智能接地线和机械臂；
3D激光雷达的目标物为：智能接地线的头端（即夹头处）标记线；
放接地线时：
双目摄像机的目标物为：智能接地线的尾端和机械臂；
3D激光雷达的目标物为：智能接地线的尾端（即握柄处）标记线。
通信接口，用于完成采集数据与MCU处理器之间的数据传输；
粗/细识别定位算法模块，为挂放接地线辅助机器人的挂放动作提供坐标，为下一步机械臂的挂放动作轨迹规划做准备。
无线通信模块，用于将数据信息通过无线通信的方式传递给挂放接地线辅助机器人，无线通信协议可选择ZigBee、LoRa、NBIoT等方式，但不局限于以上方式。
所述智能接地线的头尾分别设有标记线，所述3D激光雷达用于识别标记线。该标记线为类交通标识牌上白色的反光膜材料，为3D激光雷达识别定位使用。
固定位双目摄像机与固定位3D激光雷达中固定形式根据现场环境确定，可依托变电站内现有的电杆进行安装，或单独安装立杆安装，相对位置保持固定即可。
如图2所示,在应用时，包括以下步骤：
预先准备智能接地线三维坐标、机械臂三维坐标、智能接地线上标记线三维坐标和母线三维坐标集，以上数据集为机械臂运动轨迹规划提供支撑，在基于PID的关节反馈跟踪控制算法的基础上，完成机械臂的正/逆向运动轨迹规划。
粗识别定位算法模块通过两个定位点处的双目摄像机对目标物进行图像识别与测距，两组数据互为备份与校准，再结合敞开式变电站检修现场的空间三维全数据地图，完成智能接地线三维坐标（即夹头或握柄三维坐标）和机械臂三维坐标的获取，为初步粗定位做准备；母线三维坐标集，用于校准预设接地点坐标。
细识别定位算法模块通过两个定位点处的3D激光雷达对目标物进行图像识别与测距，两组数据互为备份与校准，再结合敞开检修现场的空间三维全数据地图，完成智能接地线上标记线三维坐标（即夹头或握柄处标记线的三维坐标）的获取，为智能接地线位置精准调整做准备；
还包括周围安全关键点三维坐标，
周围安全关键点三维坐标用于构建作业安全周界，实时采集智能接地线三维坐标和机械臂三维坐标，进行作业过程中的安全监测，保障作业过程安全。
为挂放接地线辅助机器人的机械臂与智能接地线提供可运动空间范围。
机械臂运动时, 可基于动力学原理的正（逆）运动轨迹规划,提高动作可靠性。
本发明包括两个双目摄像机和两个3D激光雷达，其与母线为共一水平面且位置固定，分布与位置坐标如图3所示，其中两个双目摄像机和两个3D激光雷达都具有测距功能。
其中，两个双目摄像机对接地点与智能接地线进行识别和坐标计算，实时监测智能接地线到达接地点附近过程中的位置坐标；
两个3D激光雷达在智能接地线置于接地点附近后，对智能接地线上的标志线与接地点进行识别与坐标计算，为智能接地线精准挂接做准备。
具体的：
以位置1处双目摄像机为例，计算该双目摄像机对接地点坐标的计算，已知该摄像机距母线水平距离为b，其位置坐标为(x1,y1,z1)，摄像机测得距接地点的距离为L1，则接地点坐标可算得：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
同理，另一个双目摄像机与另两个3D激光雷达都可计算出同一接地点的位置坐标。其中两个双目摄像机为一组，之间互为备份，防止某方向有遮挡，为挂放动作粗定位提供数据；两个3D激光雷达，之间互为备份，防止某方向有遮挡，为进一步挂接动作精定位提供数据。
本发明通过固定位双目摄像机、固定位3D激光雷达、通信接口、粗/细识别定位算法模块和无线通信模块，实现对挂放接地线的空间定位，为敞开式变电站大型检修现场挂放接点线的智能化提供了定位辅助依据，不仅定位精度高，而且实现敞开式变电站大型检修自动化，提升了工作效率。
对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：
（1）、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；
（2）、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；
以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于辅助挂放接地线作业的空间定位系统，其特征在于，包括双目摄像机、3D激光雷达、通信接口、粗识别定位算法模块、细识别定位算法模块与无线通信模块；
所述双目摄像机和3D激光雷达位于母线上的接地点同侧或两侧；
所述双目摄像机通过通信接口连接粗识别定位算法模块，
所述3D激光雷达通过通信接口连接细识别定位算法模块，
所述通信接口用于完成采集数据与MCU处理器之间的数据传输，
所述粗识别定位算法模块用于输出智能接地线实时空间坐标，
所述细识别定位算法模块用于输出智能接地线标记线坐标，
再将智能接地线实时空间坐标和智能接地线标记线坐标通过无线通信模块传输至挂放接地线辅助机器人，
所述挂放接地线辅助机器人位于接地点的下方,
所述挂放接地线辅助机器人具有机械臂，所述机械臂用于夹取智能接地线，所述智能接地线连接用于接地的铜线体；
所述粗识别定位算法模块和细识别定位算法模块分别在MCU处理器中实现。
2.根据权利要求1所述的一种用于辅助挂放接地线作业的空间定位系统，其特征在于，所述双目摄像机和3D激光雷达分别具有两个，
两个双目摄像机、两个3D激光雷达以及母线位于同一平面。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于辅助挂放接地线作业的空间定位系统，其特征在于，所述双目摄像机和3D激光雷达分别具有测距模块，所述测距模块用于测得与接地点之间的距离；
所述双目摄像机和3D激光雷达分别具有识别模块，所述识别模块用于识别智能接地线与机械臂。
4.根据权利要求3所述的一种用于辅助挂放接地线作业的空间定位系统，其特征在于，所述智能接地线的头尾分别设有标记线，所述3D激光雷达用于识别标记线。
5.根据权利要求4所述的一种用于辅助挂放接地线作业的空间定位系统，其特征在于，
所述粗识别定位算法模块通过两个双目摄像机分别获得智能接地线和机械臂的图像与测距的两组数据，两组数据互为备份与校准，
再结合母线所在检修现场的空间三维全数据地图，用于获取母线三维坐标集、智能接地线三维坐标和机械臂三维坐标；
所述细识别定位算法模块通过两个3D激光雷达分别获得智能接地线和机械臂的图像与测距的两组数据，两组数据互为备份与校准，
再结合母线所在检修现场的空间三维全数据地图，用于获取智能接地线上标记线三维坐标。
6.根据权利要求1所述的一种用于辅助挂放接地线作业的空间定位系统，其特征在于，
所述标记线为反光膜。
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