CN114638883A - 一种绝缘子水冲洗机器人视觉受限重定位目标方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绝缘子水冲洗机器人视觉受限重定位目标方法，具体为：获取机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像，以及受干扰图像；以目标绝缘子的位置参照物为原点建立坐标系，获取目标绝缘子位置坐标；利用坐标位置计算出位置坐标变化系数，带入到目标绝缘子在摄像机坐标系下的坐标中，进行坐标的修正；将修正过的位置坐标带入到雅克比矩阵中，进行计算，得到新的系数，从而修正机器的运动参数，进而重新定位目标。本发明实现了绝缘子水冲洗机器人拍摄图像受干扰时对目标的重新定位，有效保证了绝缘子水冲洗机器人的可靠性与准确性，提升了冲洗的效率。

Description

一种绝缘子水冲洗机器人视觉受限重定位目标方法
技术领域
本发明属于水冲洗自动化控制领域，具体涉及一种绝缘子水冲洗机器人视觉受限重定位目标方法。
背景技术
我国的铁路建设日新月异，电气化铁路愈来愈先进，但随之而来的设备运行问题也日益凸显。在实际运用过程中环境污染等因素的影响会使得绝缘子等铁路设施出现问题，影响正常的使用，因此，保证电网设备的可靠运行是电力检修与运维的重要一环。
绝缘子是电气化铁路接触网系统核心零部件，绝缘子的主要作用是使带电线路与大地绝缘，以及对接触网进行机械支持和定位。我国电气化铁路运营故障中很大一部分是因接触网故障造成，接触网逐渐被人们认为是电气化铁路中最易出现故障并引发安全事故的环节。为此带电水冲洗作为电气设备有效防止污闪事故的措施之一被普遍采用，但带电水冲洗设备中也存在着许多地方需要改进。
带电水冲洗的优点是不中断供电、不需要设备停电、无需设备的倒、合闸的操作；不受电力设备停电时间限制，可随时对赃污设备进行水清洗，清洗效果好。但也存在着一些问题：在基于可见图像和红外图像的绝缘子冲洗机器人视觉瞄准系统及方法的基础上，缺少在视觉设备因水雾等外界因素的影响的情况下再次对目标进行瞄准的方法，在首次瞄准喷射后缺少后续持续校准的方法；在视觉受限的情况下会使得工作效率降低，无法按照原有程序捕捉目标进行瞄准，进而有效识别绝缘子的准确性。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供一种绝缘子水冲洗机器人视觉受限重定位目标方法。
本发明的一种绝缘子水冲洗机器人视觉受限重定位目标方法，包括以下步骤：
步骤1：获取机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像，获取在水雾或其他因素的影响下双目摄像头拍摄的受干扰图像。
机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像是在机器人定位绝缘子位置并将水枪对准绝缘子且未喷水时所获取的图像，即在此状态下从双目相机所拍摄的图像中选取一帧；该图像包括目标绝缘子和目标绝缘子的位置参照物。
受干扰图像为在水雾或其他因素的影响下双目摄像头的拍摄图像受到干扰，对受到干扰的图像进行重定位，即在此状态下从双目相机所拍摄的图像中选取一帧；该图像包括目标绝缘子的位置参照物和水枪喷射出的水柱击中目标时的水柱。
步骤2：以目标绝缘子的位置参照物为原点建立坐标系，获取目标绝缘子在机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像上的位置坐标，以及受干扰图像上水枪喷射出的水柱击中目标时的水柱中心位置坐标。
步骤3：利用坐标位置计算出位置坐标变化系数(Δx,Δy)，带入到目标绝缘子在摄像机坐标系下的坐标(X,Y,Z)中，进行坐标的修正，在此过程中只改变(X,Y)坐标。
步骤4：将修正过的位置坐标带入到雅克比矩阵中，进行计算，得到新的系数，从而修正机器的运动参数，进而重新定位目标。
进一步的，步骤3中，位置坐标变化系数(Δx,Δy)的计算公式如下：
Δx＝X1-X2，Δy＝Y1-Y2
其中，(X1,Y1)为目标绝缘子在机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像上的位置坐标，(X2,Y2)为受干扰图像上水枪喷射出的水柱击中目标时的水柱中心位置坐标。
进一步的，雅可比矩阵Jr计算公式为：
Figure BDA0003537840220000021
其中，f为双目相机焦距。
利用计算所得到的(Δx,Δy)对目标在摄像机坐标系下的坐标(X,Y,Z)进行修正，得出修正后的新坐标(X',Y',Z')，修正后的新坐标(X',Y',Z')与目标在摄像机坐标系下的坐标(X,Y,Z)之间的关系如下所示：
X′＝X+Δx，Y′＝Y+Δy，Z′＝Z
本发明的有益技术效果为：
(1)针对由于水雾或其他环境因素等影响下视觉系统所拍摄的图像无法准确捕捉目标并进行工作，存在严重的自动化控制漏洞，本发明在原有结构的基础上进行改进升级创新，加入了全新的目标重定位方法，利用视觉系统采集的图像，再进行坐标标定，通过计算出坐标误差并传递到计算机的控制程序当中进行误差修正，对以确认的坐标位置进行修改，实现了绝缘子水冲洗机器人视觉受限时的目标重定位，进而提高了水枪冲洗的准确性，保证了冲洗作业的高效性；
(2)本发明通过从视觉系统所拍摄的并向工业控制计算机实时传送图像数据中选取特定的图像数据，计算机通过程序对所选取图像进行分析检测，进行目标与参照物的位置坐标标定，并且与原有程序进行结合，将计算得出的坐标误差值输入，不断修正绝缘子的三维坐标，进而控制水冲洗机器人的移动，进而有效保证了机器人的自动化程度。
附图说明
图1为本发明绝缘子水冲洗机器人视觉受限重定位目标方法的流程图。
图2为本发明绝缘子水冲洗机器人视觉受限重定位目标系统组成。
图3为本发明的控制系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。
本发明的一种绝缘子水冲洗机器人视觉受限重定位目标方法如图1所示，使用的控制系统组成如图2所示，通过视觉系统所提供的图像，再通过确认图像中的基准坐标与相对目标位置坐标得出坐标变化误差，进而将误差值传递给机器控制程序，然后计算机将需要瞄准的绝缘子位置信息反馈给冲洗机器人控制器，控制机器人关节运动，从而实现绝缘子水冲洗机器人的视觉伺服控制，从而实现水枪瞄准方向的修正，保证了绝缘子冲洗作业的准确性与稳定性。本发明方法具体如下：
步骤1：获取机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像，获取在水雾或其他因素的影响下双目摄像头拍摄的受干扰图像。
机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像是在机器人定位绝缘子位置并将水枪对准绝缘子且未喷水时所获取的图像，即在此状态下从双目相机所拍摄的图像中选取一帧；该图像包括目标绝缘子和目标绝缘子的位置参照物。
受干扰图像为在水雾或其他因素的影响下双目摄像头的拍摄图像受到干扰，对受到干扰的图像进行重定位，即在此状态下从双目相机所拍摄的图像中选取一帧；该图像包括目标绝缘子的位置参照物和水枪喷射出的水柱击中目标时的水柱。
步骤2：以目标绝缘子的位置参照物为原点建立坐标系，获取目标绝缘子在机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像上的位置坐标，以及受干扰图像上水枪喷射出的水柱击中目标时的水柱中心位置坐标。
步骤3：将受干扰图像和机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像中的目标绝缘子的位置参照物重合，利用坐标位置计算出位置坐标变化系数(Δx,Δy)，位置坐标变化系数(Δx,Δy)的计算公式如下：
Δx＝X1-X2，Δy＝Y1-Y2
其中，(X1,Y1)为目标绝缘子在机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像上的位置坐标，(X2,Y2)为受干扰图像上水枪喷射出的水柱击中目标时的水柱中心位置坐标。(X1,Y1)与(X2,Y2)都是以所述目标绝缘子的位置参照物为坐标原点(0,0)，在各自所述图像中进行检测，根据坐标原点确定坐标位置。
步骤4：建立图像雅可比矩阵Jr，其描述了图像特征空间的变化率与机械臂末端速度之间的关系。图像雅可比矩阵Jr计算公式为：
Figure BDA0003537840220000041
其中，f为双目相机焦距。
利用计算所得到的(Δx,Δy)对目标在摄像机坐标系下的坐标(X,Y,Z)进行修正，得出修正后的新坐标(X',Y',Z')，修正后的新坐标(X',Y',Z')与目标在摄像机坐标系下的坐标(X,Y,Z)之间的关系如下所示：
X′＝X+Δx，Y′＝Y+Δy，Z′＝Z
运用上述计算出的修正坐标(X',Y',Z')计算出图像雅可比矩阵Jr的系数，进而计算出冲洗装置两个转角角速度
Figure BDA0003537840220000042
再通过控制系统控制二自由度机械臂，该机械臂能够带动水枪水平和俯仰转动，从而实现绝缘子水冲洗机器人在视觉系统受限状态下对目标的重新瞄准，保证了绝缘子水冲洗机器人的工作效率与准确性。
相对于传统的绝缘子水冲洗机器人缺少实现视觉系统受限时重新定位的功能，存在功能不齐全且会降低工作效率的问题，本发明在原有结构的基础上进行改进创新，加入了全新的目标重定位方法(原理如图3所示)，利用视觉系统采集的图像，再进行坐标标定，通过计算出坐标误差并传递到计算机的控制程序当中进行误差修正，对以确认的坐标位置进行修改，实现了绝缘子水冲洗机器人视觉受限时的目标重定位，进而提高了水枪冲洗的准确性，保证了冲洗作业的高效性。
相对于传统的绝缘子水冲洗机器人，本发明通过从视觉系统所拍摄的并向工业控制计算机实时传送图像数据中选取特定的图像数据，计算机通过程序对所选取图像进行分析检测，进行目标与参照物的位置坐标标定，并且与原有程序进行结合，将计算得出的坐标误差值输入，不断修正绝缘子的三维坐标，进而控制水冲洗机器人的移动，进而有效保证了机器人的自动化程度。

Claims (3)

1.一种绝缘子水冲洗机器人视觉受限重定位目标方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像，获取在水雾或其他因素的影响下双目摄像头拍摄的受干扰图像；
所述机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像是在机器人定位绝缘子位置并将水枪对准绝缘子且未喷水时所获取的图像，即在此状态下从双目相机所拍摄的图像中选取一帧；该图像包括目标绝缘子和目标绝缘子的位置参照物；
所述受干扰图像为在水雾或其他因素的影响下双目摄像头的拍摄图像受到干扰，对受到干扰的图像进行重定位，即在此状态下从双目相机所拍摄的图像中选取一帧；该图像包括目标绝缘子的位置参照物和水枪喷射出的水柱击中目标时的水柱；
步骤2：以目标绝缘子的位置参照物为原点建立坐标系，获取目标绝缘子在机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像上的位置坐标，以及受干扰图像上水枪喷射出的水柱击中目标时的水柱中心位置坐标；
步骤3：利用坐标位置计算出位置坐标变化系数(Δx,Δy)，带入到目标绝缘子在摄像机坐标系下的坐标(X,Y,Z)中，进行坐标的修正，在此过程中只改变(X,Y)坐标；
步骤4：将修正过的位置坐标带入到雅克比矩阵中，进行计算，得到新的系数，从而修正机器的运动参数，进而重新定位目标。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘子水冲洗机器人视觉受限重定位目标方法，其特征在于，所述步骤3中，位置坐标变化系数(Δx,Δy)的计算公式如下：
Δx＝X1-X2，Δy＝Y1-Y2
其中，(X1,Y1)为目标绝缘子在机器未喷水前定位绝缘子所在位置时的图像上的位置坐标，(X2,Y2)为受干扰图像上水枪喷射出的水柱击中目标时的水柱中心位置坐标。
3.根据权利要求2所述的一种绝缘子水冲洗机器人视觉受限重定位目标方法，其特征在于，所述雅可比矩阵Jr计算公式为：
Figure FDA0003537840210000011
其中，f为双目相机焦距；
利用计算所得到的(Δx,Δy)对目标在摄像机坐标系下的坐标(X,Y,Z)进行修正，得出修正后的新坐标(X',Y',Z')，修正后的新坐标(X',Y',Z')与目标在摄像机坐标系下的坐标(X,Y,Z)之间的关系如下所示：
X′＝X+Δx，Y′＝Y+Δy，Z′＝Z。
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