CN115097839A - 配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法及系统，属于配网线路维护技术领域。所述方法包括：获取作业场景的扫描信息，并基于所述扫描信息构建作业场景的三维点云数据地图；在所述三维点云数据地图中标注绝缘斗的目标状态信息；基于所述目标状态信息和绝缘斗的当前状态信息确定绝缘斗的状态切换路径信息；控制作业机器人执行绝缘斗操控，使得绝缘斗沿所述状态切换路径信息进行状态切换，直到达到目标状态。本发明方案解决了现今市面上的斗臂车调斗方法普遍存在误差大和安全性能差的问题。

Description

配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法及系统
技术领域
本发明涉及配网线路维护技术领域，具体地涉及一种配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法及一种配置有配网作业机器人的绝缘斗引导系统。
背景技术
随着经济的发展，社会对供电持续可靠性要求不断提高，要求电网实现不间断输电。供电设备及线路在运行中需经常进行检修和维修，带电作业是避免检修停电，保证正常供电的有效措施。现有带电检修方式为：以绝缘斗臂车作为载体，在绝缘斗臂车的作业臂上安装工作斗，将带电作业机器人设置在工作斗内，由操作员在斗臂车地面操作台操控液压推杆进行调斗，实现带电作业。但是现今市面上的斗臂车调斗方法普遍存在误差大和安全性能差的问题。针对该问题，需要创造一种新的配网作业机器人的绝缘斗引导方法。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法及系统，以至少解决现今市面上的斗臂车调斗方法普遍存在误差大和安全性能差的问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法所述方法包括：获取作业场景的扫描信息，并基于所述扫描信息构建作业场景的三维点云数据地图；在所述三维点云数据地图中标注绝缘斗的目标状态信息；基于所述目标状态信息和绝缘斗的当前状态信息确定绝缘斗的状态切换路径信息；控制作业机器人执行绝缘斗操控，使得绝缘斗沿所述状态切换路径信息进行状态切换，直到达到目标状态。
可选的，所诉目标状态信息包括：目标位置坐标信息和目标姿态信息；所述当前状态信息包括：当前位置坐标信息和当前姿态信息。
可选的，所述在所述三维点云数据地图中标注绝缘斗的目标状态信息，包括：在所述三维点云数据地图中进行配网线路的导线和杆塔标注；以标注的导线和杆塔作为参考物，以作业机器人的目标任务作为工作姿态目标，获得绝缘斗的目标状态信息。
可选的，所述基于所述目标状态信息和绝缘斗的当前状态信息确定绝缘斗的状态切换路径信息，包括：获取所述三维点云数据地图中的所有点云信息；将这些点云信息作为障碍信息，基于障碍规避规则模拟当前状态信息到目标状态信息的所有候选路径；基于预设效率对比规则从所有路径中选择执行效率最高的候选路径，作为绝缘斗的状态切换路径信息。
可选的，所述预设效率对比规则包括：获取每一条候选路径的耗时情况和耗能情况；基于所述耗时情况和耗能情况进行权重合并，获得各候选路径的效率评价指数；对比所有候选路径的效率评价指数，筛选出效率评价指数最高的候选路径，作为绝缘斗的状态切换路径信息。
可选的，所述控制作业机器人执行绝缘斗操控，包括：控制操作机器人的操作机械臂移动，使得所述操作机械臂抓手与绝缘斗的液压推杆相对固定；响应于绝缘斗的状态切换路径信息确定完毕信号，控制所述机械臂抓手推动所述液压推杆，开始执行绝缘斗移动。
可选的，所述使得绝缘斗沿所述状态切换路径信息进行状态切换，直到达到目标状态，包括：在绝缘斗移动过程中，实时采集绝缘斗的状态信息；每采集获得一次绝缘斗状态信息，便计算一次实时状态信息与目标状态信息之间的差值，并判断差值绝对值与预设差值阈值之间的关系；若当前差值绝对值小于所述预设差值阈值，则控制所述机械臂抓手停止推动液压推杆；若当前差值绝对值不小于所述预设差值阈值，则持续进行绝缘斗的状态信息采集，直到当前差值绝对值小于所述预设差值阈值，则控制所述机械臂抓手停止推动液压推杆。
本发明第二方面提供一种配置有配网作业机器人的绝缘斗引导系统，所述系统包括：采集单元，用于获取作业场景的扫描信息，并基于所述扫描信息构建作业场景的三维点云数据地图；标注单元，用于在所述三维点云数据地图中标注绝缘斗的目标状态信息；处理单元，用于基于所述目标状态信息和绝缘斗的当前状态信息确定绝缘斗的状态切换路径信息；执行单元，用于控制作业机器人执行绝缘斗操控，使得绝缘斗沿所述状态切换路径信息进行状态切换，直到达到目标状态。
可选的，所诉目标状态信息包括：目标位置坐标信息和目标姿态信息；所述当前状态信息包括：当前位置坐标信息和当前姿态信息；所述采集单元包括：激光雷达，用于获取绝缘斗的位置坐标信息；陀螺仪，用于获取绝缘斗的姿态信息。
另一方面，本发明提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法。
通过上述技术方案，本发明方案通过在配网带电作业平台上安装激光雷达和陀螺仪，利用激光SLAM获取绝缘斗臂车周围环境的点云信息，建立三维点云数据地图。通过三维点云数据地图中的绝缘斗和杆塔导线点云信息，获取绝缘斗在空间中的当前位姿及目标位姿，形成位置反馈，对后续的调斗作业进行引导。然后利用安装在绝缘斗上的电力双臂机器人的右臂携带末端工具，去操控位于绝缘斗右侧的空中端操控台内的液压推杆，使绝缘斗到达需要的目标工作位姿，完成调斗作业。解决了现今市面上的斗臂车调斗方法普遍存在误差大和安全性能差的问题。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明一种实施方式提供的配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法的步骤流程图；
图2是本发明一种实施方式提供的配置有配网作业机器人的绝缘斗引导系统的系统结构图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
随着经济的发展，社会对供电持续可靠性要求不断提高，要求电网实现不间断输电。供电设备及线路在运行中需经常进行检修和维修，带电作业是避免检修停电，保证正常供电的有效措施。现有带电检修方式为：以绝缘斗臂车作为载体，在绝缘斗臂车的作业臂上安装工作斗，将带电作业机器人设置在工作斗内，由操作员在斗臂车地面操作台操控液压推杆进行调斗，实现带电作业。但是现今市面上的斗臂车调斗方法存在以下几个问题：
1)无法返回车斗在空间中的三维坐标位置，无法实现精确控制斗到达目标位置，具有极大的误差和影响；
2)调斗作业由人为操控液压推杆，既引入了配网带电作业中人员在内的安全隐患，还进一步影响了调斗作业的精度。
针对现有进行绝缘斗引导方法存在的误差大和安全性能差的问题，本发明方案提出了一种新的配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法，本发明方案通过在配网带电作业平台上安装激光雷达和陀螺仪，利用激光SLAM获取绝缘斗臂车周围环境的点云信息，建立三维点云数据地图。通过三维点云数据地图中的绝缘斗和杆塔导线点云信息，获取绝缘斗在空间中的当前位姿及目标位姿，形成位置反馈，对后续的调斗作业进行引导。然后利用安装在绝缘斗上的电力双臂机器人的右臂携带末端工具，去操控位于绝缘斗右侧的空中端操控台内的液压推杆，使绝缘斗到达需要的目标工作位姿，完成调斗作业。
图2是本发明一种实施方式提供的配置有配网作业机器人的绝缘斗引导系统的系统结构图。如图2所示，本发明实施方式提供一种配置有配网作业机器人的绝缘斗引导系统，所述系统包括：采集单元，用于获取作业场景的扫描信息，并基于所述扫描信息构建作业场景的三维点云数据地图；标注单元，用于在所述三维点云数据地图中标注绝缘斗的目标状态信息；处理单元，用于基于所述目标状态信息和绝缘斗的当前状态信息确定绝缘斗的状态切换路径信息；执行单元，用于控制作业机器人执行绝缘斗操控，使得绝缘斗沿所述状态切换路径信息进行状态切换，直到达到目标状态。
可选的，所诉目标状态信息包括：目标位置坐标信息和目标姿态信息；所述当前状态信息包括：当前位置坐标信息和当前姿态信息；所述采集单元包括：激光雷达，用于获取绝缘斗的位置坐标信息；陀螺仪，用于获取绝缘斗的姿态信息。
图1是本发明一种实施方式提供的配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法的方法流程图。如图1所示，本发明实施方式提供一种配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法，所述方法包括：
步骤S10：获取作业场景的扫描信息，并基于所述扫描信息构建作业场景的三维点云数据地图。
具体的，本发明方案进行绝缘斗引导时，全程不需要人工进行干预，由系统完全自动执行。所以，在进行绝缘斗引导时，需要系统准确获知作业场景的场景信息，一方面需要保证绝缘斗引导过程中不会损坏配网线路的各设备单元，另一方面需要保证绝缘斗将作业机器人带到能够完成作业任务的位置上去。基于此，首选需要获取作业场景的三维云数据地图。
优选的，本发明方案机器人平台安装激光雷达和陀螺仪，在开始作业之前，将车斗放置在斗臂车的初始位置，在斗臂车准备过程及斗上升过程中对作业场景进行扫描，建立高精度的三维点云数据地图。
步骤S20：在所述三维点云数据地图中标注绝缘斗的目标状态信息。
具体的，进行绝缘斗引导，就是将绝缘斗臂车在行进状态下，绝缘斗的状态切换到可供作业机器人完成作业任务的状态，该状态不仅包括绝缘斗在三维空间中的位置，还包括绝缘斗的姿态信息，例如朝向信息和旋转角度信息等。总之，绝缘斗的引导核心目的是为了保证作业机器人可以完成预定的工作内容。基于此，需要准确获知作业机器的目标状态信息，然后才能基于当前状态信息确定对应的状态切换规则。
具体的，在所述三维点云数据地图中进行配网线路的导线和杆塔标注；以标注的导线和杆塔作为参考物，以作业机器人的目标任务作为工作姿态目标，获得绝缘斗的目标状态信息。作业机器人进行作业任务时，均是在导线或塔杆上执行的，首先需要广义地进行操作位置识别，及导线和塔杆识别，然后提取作业机器人的作业内容，例如进行避雷器更换，则需要将避雷器与塔杆之间的固定位置作为作业的目标位置。且基于当前绝缘斗臂车的静止情况，需要确定绝缘斗的朝向信息，不保证作业机器人能够正对该避雷器与塔杆之间的固定位置。基于此规则，确定绝缘斗的目标状态信息。
步骤S30：基于所述目标状态信息和绝缘斗的当前状态信息确定绝缘斗的状态切换路径信息。
具体的，在三维点云数据地图中获取当前绝缘斗在斗臂车大臂基座坐标系下的状态信息，即位置信息和姿态信息，记为：
Porigin-position(x,y,z,rx,ry,rz)
其中，rx,ry,rz分别代表绕斗臂车大臂基座坐标系的x轴，y轴，z轴的固定角。然后在三维点云数据地图中获取杆塔和导线的位置，并以杆塔和导线作为参考物，根据当前机器人作业类型确定绝缘斗的最佳工作状态，记为：
Ptarget-position(x,y,z,rx,ry,rz)
将该坐标信息在三维点云数据地图中标记出来。然后获取所述三维点云数据地图中的所有点云信息；将这些电源信息作为障碍信息，基于障碍规避规则模拟当前状态信息到目标状态信息的所有候选路径；基于预设效率对比规则从所有路径中选择执行效率最高的候选路径，作为绝缘斗的状态切换路径信息。
在一种可能的实施方式中，预设效率对比规则包括：获取每一条候选路径的耗时情况和耗能情况；基于所述耗时情况和耗能情况进行权重合并，获得各候选路径的效率评价指数；对比所有候选路径的效率评价指数，筛选出效率评价指数最高的候选路径，作为绝缘斗的状态切换路径信息。本发明方案在保证绝缘斗的引导情况符合预期的前提下，还节省了引导时间和能量损耗，提高了绝缘斗的引导效率。
在一种可能的实施方式中，根据绝缘斗的当前位姿和目标状态，以及所在环境的其它点云信息，确定绝缘斗到达目标状态的路径轨迹，并标记到三维点云数据地图中，该路径轨迹是以时间最优能量最优为目标、以躲避空间障碍物为约束的路径，即：
Ptarget-position(x,y,z,rx,ry,rz)＝Porigin-position(x,y,z,rx,ry,rz)·Trot
Trot＝T1,T2,…,Tn
其中，Trot为从当前状态到目标状态的旋转平移矩阵；Tn为所述路径轨迹中运动到各个分段点的旋转平移矩阵。
步骤S40：控制作业机器人执行绝缘斗操控，使得绝缘斗沿所述状态切换路径信息进行状态切换，直到达到目标状态。
具体的，控制操作机器人的操作机械臂移动，使得所述操作机械臂抓手与绝缘斗的液压推杆相对固定；响应于绝缘斗的状态切换路径信息确定完毕信号，控制所述机械臂抓手推动所述液压推杆，开始执行绝缘斗移动。在绝缘斗移动过程中，实时采集绝缘斗的状态信息；每采集获得一次绝缘斗状态信息，便计算一次实时状态信息与目标状态信息之间的差值，并判断差值绝对值与预设差值阈值之间的关系；若当前差值绝对值小于所述预设差值阈值，则控制所述机械臂抓手停止推动液压推杆；若当前差值绝对值不小于所述预设差值阈值，则持续进行绝缘斗的状态信息采集，直到当前差值绝对值小于所述预设差值阈值，则控制所述机械臂抓手停止推动液压推杆。
在一种可能的实施方式中，操控双臂带电作业机器人的右机械臂运动到绝缘斗右侧的空中端操控台，利用右机械臂操控绝缘斗操控台内的液压推杆，实现斗臂车的调斗运动。在调斗作业过程中，实时更新三维点云数据地图中的绝缘斗的当前状态，并以标记有调斗路径轨迹和目标状态的三维点云数据地图，实时引导机械臂操控液压推杆使绝缘斗沿着标记的路径轨迹移动，到达所需的目标状态。在移动过程中，实时记录计算一次实时状态信息与目标状态信息之间的差值，并判断差值绝对值与预设差值阈值之间的关系，即：
|Ptarget-position(x,y,z,rx,ry,rz)-Porigin-position(x,y,z,rx,ry,rz)|≤Δ
其中，Δ为预设差值阈值，如果差值小于预设差值阈值Δ，则说明调斗作业完成，则控制所述机械臂抓手停止推动液压推杆，停止绝缘斗运动。反之，则判定绝缘斗还未达到预定位置，则继续执行绝缘斗移动，并重复上述的判断步骤，直到判定调斗作业完成，则控制所述机械臂抓手停止推动液压推杆，停止绝缘斗运动。
在本发明实施例中，当双臂带电作业机器人安装在绝缘斗上后，绝缘斗右侧的空中操控台位于右机械臂的工作空间内，且在整个调斗作业、带电作业过程中，机械臂和操控台是相对静止的，即操控台各液压推杆相对于机械臂基座的位置是唯一确定的，只需将机械臂驱动各液压推杆的动作记录，形成固定动作，对应斗臂车各关节的运动。在调斗过程中，以三维点云数据地图中标记的目标状态和路径轨迹作为参考，引导地面操作人员选择对应的固定动作，使绝缘斗沿着标记的轨迹进行移动，到达目标位姿。
本发明方案面向配网带电作业机器人的绝缘斗调斗作业，提出了一种以激光SLAM建立的三维点云数据地图作为引导，利用带电作业机器人的右机械臂驱动绝缘斗空中端操控台的液压推杆，操控绝缘斗到达目标位姿完成调斗作业的方法。本发明方案利用激光雷达和陀螺仪，针对斗臂车周围环境建立高精度的三维点云数据地图，实时返回斗臂车绝缘斗的当前位姿，形成位置反馈。进一步的，利用三维点云数据地图获取绝缘斗的目标位姿，并规划出一条安全的调斗轨迹，标记在三维点云数据地图中，引导整个调斗作业过程，提高了调斗作业的精度。进一步的，利用双臂带电作业机器人的右机械臂，操控绝缘斗右侧的空中端操作台内的液压推杆，实现绝缘斗的调斗动作，相较于之前人为在斗臂车地面操作台操作的方式，消除了人在带电作业中的安全隐患。
本发明实施方式还提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (10)

1.一种配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法，其特征在于，所述方法包括：
获取作业场景的扫描信息，并基于所述扫描信息构建作业场景的三维点云数据地图；
在所述三维点云数据地图中标注绝缘斗的目标状态信息；
基于所述目标状态信息和绝缘斗的当前状态信息确定绝缘斗的状态切换路径信息；
控制作业机器人执行绝缘斗操控，使得绝缘斗沿所述状态切换路径信息进行状态切换，直到达到目标状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所诉目标状态信息包括：
目标位置坐标信息和目标姿态信息；
所述当前状态信息包括：
当前位置坐标信息和当前姿态信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述三维点云数据地图中标注绝缘斗的目标状态信息，包括：
在所述三维点云数据地图中进行配网线路的导线和杆塔标注；
以标注的导线和杆塔作为参考物，以作业机器人的目标任务作为工作姿态目标，获得绝缘斗的目标状态信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标状态信息和绝缘斗的当前状态信息确定绝缘斗的状态切换路径信息，包括：
获取所述三维点云数据地图中的所有点云信息；
将这些点云信息作为障碍信息，基于障碍规避规则模拟当前状态信息到目标状态信息的所有候选路径；
基于预设效率对比规则从所有路径中选择执行效率最高的候选路径，作为绝缘斗的状态切换路径信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设效率对比规则包括：
获取每一条候选路径的耗时情况和耗能情况；
基于所述耗时情况和耗能情况进行权重合并，获得各候选路径的效率评价指数；
对比所有候选路径的效率评价指数，筛选出效率评价指数最高的候选路径，作为绝缘斗的状态切换路径信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制作业机器人执行绝缘斗操控，包括：
控制操作机器人的操作机械臂移动，使得所述操作机械臂抓手与绝缘斗的液压推杆相对固定；
响应于绝缘斗的状态切换路径信息确定完毕信号，控制所述机械臂抓手推动所述液压推杆，开始执行绝缘斗移动。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述使得绝缘斗沿所述状态切换路径信息进行状态切换，直到达到目标状态，包括：
在绝缘斗移动过程中，实时采集绝缘斗的状态信息；
每采集获得一次绝缘斗状态信息，便计算一次实时状态信息与目标状态信息之间的差值，并判断差值绝对值与预设差值阈值之间的关系；
若当前差值绝对值小于所述预设差值阈值，则控制所述机械臂抓手停止推动液压推杆；
若当前差值绝对值不小于所述预设差值阈值，则持续进行绝缘斗的状态信息采集，直到当前差值绝对值小于所述预设差值阈值，则控制所述机械臂抓手停止推动液压推杆。
8.一种配置有配网作业机器人的绝缘斗引导系统，其特征在于，所述系统包括：
采集单元，用于获取作业场景的扫描信息，并基于所述扫描信息构建作业场景的三维点云数据地图；
标注单元，用于在所述三维点云数据地图中标注绝缘斗的目标状态信息；
处理单元，用于基于所述目标状态信息和绝缘斗的当前状态信息确定绝缘斗的状态切换路径信息；
执行单元，用于控制作业机器人执行绝缘斗操控，使得绝缘斗沿所述状态切换路径信息进行状态切换，直到达到目标状态。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所诉目标状态信息包括：
目标位置坐标信息和目标姿态信息；
所述当前状态信息包括：
当前位置坐标信息和当前姿态信息；
所述采集单元包括：
激光雷达，用于获取绝缘斗的位置坐标信息；
陀螺仪，用于获取绝缘斗的姿态信息。
10.一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行权利要求1-7中任一项权利要求所述的配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法。
CN202210784839.3A 2022-06-29 2022-06-29 配置有配网作业机器人的绝缘斗引导方法及系统 Pending CN115097839A (zh)

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