CN116979419A - 旁路线缆牵引系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及线缆施工技术领域，提供一种旁路线缆牵引系统和方法，所述旁路线缆牵引系统包括：挂线线夹，挂线线夹包括挂钩部、开关部和滑轮部，挂钩部用于将挂线线夹悬挂于主线缆上，开关部与挂钩部配合设置，开关部用于打开和关闭挂线线夹，滑轮部设置于挂钩部的底部，挂线线夹上还设置有标识物；卷扬机，卷扬机设置于地面；牵引绳，在对旁路线缆进行牵引的状态下，牵引绳穿过滑轮部，牵引绳的一端与卷扬机相连，牵引绳的另一端与旁路线缆相固定；机械臂，机械臂用于操作挂线线夹，并用于根据标识物识别挂线线夹的位姿。本发明能够大大降低机械臂的负载和主线缆的负载，提高旁路作业的方便性和安全性。

Description

旁路线缆牵引系统和方法

技术领域

本发明涉及线缆施工技术领域，具体涉及一种旁路线缆牵引系统和一种旁路线缆牵引方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，以电能为主要能源的设备在生活生产的各个环节中都起着不可或缺的作用。然而，电力的生产和传输过程极为复杂，唯有依靠电力运维系统对电力设施的不断维护才能让电网运行满足可靠性和稳定性的要求。此外，为了减少对电力用户带来的不便和经济损失，不断电作业已经成为了电力运维系统的重要作业方式，而旁路带电作业是不断电作业中常见的作业任务。目前此类工作大多还是以人工作业的方式进行，工人需要拉升长度较长、重量较大的旁路线缆到空中并悬挂在主线缆上，近距离地对10kv高压线缆进行剥线、挂接操作，对人的体力要求很高，而且时刻处于高电压、强电场的威胁中，一旦出现失误或电气故障，很容易引起人身伤亡事故。

针对这些问题，国内外先后开始研发配网旁路作业机器人，采用机械臂直接代替人工完成旁路作业，但这种方式又存在着机械臂作业负载难以拉升旁路线缆的问题。有利用改装的地面升降机直接将线缆升至空中的方法，但设备笨重，造价高昂，不利于大范围应用；一些解决方案提出利用工作斗携带旁路线缆至空中进行挂接，但会使工作斗承担过大的负载，也难以保证相与相之间的安全距离；还有采用电机挂于主线缆上牵引旁路线缆的方案，由于电机及其电池总质量较大，存在机械臂作业负载、主线缆负载以及工作斗负载过大的问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题，提供了一种旁路线缆牵引系统和方法，能够大大降低机械臂的负载和主线缆的负载，提高旁路作业的方便性和安全性。

本发明采用的技术方案如下：

一种旁路线缆牵引系统，包括：挂线线夹，所述挂线线夹包括挂钩部、开关部和滑轮部，所述挂钩部用于将所述挂线线夹悬挂于主线缆上，所述开关部与所述挂钩部配合设置，所述开关部用于打开和关闭所述挂线线夹，所述滑轮部设置于所述挂钩部的底部，所述挂线线夹上还设置有标识物；卷扬机，所述卷扬机设置于地面；牵引绳，在对旁路线缆进行牵引的状态下，所述牵引绳穿过所述滑轮部，所述牵引绳的一端与所述卷扬机相连，所述牵引绳的另一端与所述旁路线缆相固定；机械臂，所述机械臂用于操作所述挂线线夹，并用于根据所述标识物识别所述挂线线夹的位姿。

所述挂钩部为具有开口的C型结构，所述挂钩部内设置有伸缩弹簧，所述开关部对应所述开口设置，所述伸缩弹簧的一端连接所述挂钩部与所述开口相对的内侧壁、另一端连接所述开关部的内侧壁，在所述伸缩弹簧处于压缩和回弹状态时，所述开关部相应地远离和封堵所述开口，以相应地实现所述挂线线夹的打开和关闭。

所述开口的上侧底端低于所述开关部的顶端，所述开口的下侧顶端高于所述开关部的底端。

所述挂钩部与所述开口相对的外侧壁内凹，所述挂钩部的顶部内侧壁、所述挂钩部与所述开口相对的内侧壁、所述挂钩部与所述开口相对的外侧壁的表面均进行粗糙化处理。

所述标识物为正方形二维图标，所述正方形二维图标由多个黑色小正方形和白色小正方形组成。

所述标识物设置于所述挂钩部上。

所述挂线线夹采用环氧树脂材料制成。

一种基于上述旁路线缆牵引系统的旁路线缆牵引方法，包括以下步骤：将所述牵引绳穿过所述挂线线夹的所述滑轮部，并将所述牵引绳的一端与地面上的所述卷扬机相连、另一端与所述旁路线缆相固定；所述机械臂抓取所述挂线线夹，并打开所述挂线线夹；识别所述主线缆的位姿，并选取所述主线缆上距离所述机械臂的末端最近的位置作为悬挂位置，以及规划所述机械臂将所述挂线线夹移动至所述悬挂位置的第一运动路径；所述机械臂按照所述第一运动路径运动，并在所述挂线线夹移动至所述悬挂位置时将所述挂线线夹悬挂到所述主线缆上，然后松开所述挂线线夹，并关闭所述挂线线夹；所述卷扬机通过回收所述牵引绳，将所述旁路线缆拉升到预设位置；在所述旁路线缆完成旁路工作后，所述卷扬机通过释放所述牵引绳，将所述旁路线缆下放；利用所述标识物识别所述挂线线夹的位姿，所述机械臂根据所述挂线线夹的位姿运动至所述挂线线夹处并抓取所述挂线线夹，以及打开所述挂线线夹；规划所述机械臂将所述挂线线夹放回原位的第二运动路径，所述机械臂按照所述第二运动路径运动，并在所述挂线线夹移动至原位时松开所述挂线线夹。

利用所述标识物，基于多点透视算法识别所述挂线线夹的位姿。

本发明的有益效果：

本发明通过挂线线夹、卷扬机、牵引绳、机械臂的配合进行旁路线缆牵引，由于采用位于地面的卷扬机，挂线线夹结构简单、重量较小，且牵引绳的重量远低于旁路线缆，从而能够大大降低机械臂的负载和主线缆的负载，提高旁路作业的方便性和安全性。

附图说明

图1为本发明一个实施例的旁路线缆牵引系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的挂线线夹的侧视图；

图3为本发明实施例的旁路线缆牵引方法的流程图。

附图标记：

挂线线夹1、卷扬机2、牵引绳3、机械臂4、主线缆5、旁路线缆6；

挂钩部11、开关部12、滑轮部13、标识物14、伸缩弹簧15。

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，所描述的实施例仅仅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，本发明实施例的旁路线缆牵引系统包括挂线线夹1、卷扬机2、牵引绳3和机械臂4。挂线线夹1包括挂钩部11、开关部12和滑轮部13，挂钩部11用于将挂线线夹1悬挂于主线缆5上，开关部12与挂钩部11配合设置，开关部12用于打开和关闭挂线线夹1，滑轮部13设置于挂钩部11的底部，挂线线夹1上还设置有标识物14；卷扬机2设置于地面；在对旁路线缆6进行牵引的状态下，牵引绳3穿过滑轮部13，牵引绳3的一端与卷扬机2相连，牵引绳3的另一端与旁路线缆6相固定；机械臂4用于操作挂线线夹1，并用于根据标识物14识别挂线线夹1的位姿。

如图2所示，挂钩部11为具有开口的C型结构，挂钩部11内设置有伸缩弹簧15，开关部12对应开口设置，伸缩弹簧15的一端连接挂钩部11与开口相对的内侧壁、另一端连接开关部12的内侧壁，在伸缩弹簧15处于压缩和回弹状态时，开关部12相应地远离和封堵开口，以相应地实现挂线线夹1的打开和关闭。在本发明的一个实施例中，伸缩弹簧15为至少一个，优选地，伸缩弹簧15为两个或两个以上，两个或两个以上的伸缩弹簧15可更好地保证开关部12整体向内或向外平动。

在本发明的一个实施例中，开口的上侧底端低于开关部12的顶端，开口的下侧顶端高于开关部12的底端，从而使得开关部12被限制在挂钩部11之内。在本发明的一个具体实施例中，开口的上侧底端和开关部12的顶端均为倾斜面，且相适配；开口的下侧顶端和开关部12的底端为倾斜面，且相适配。

也就是说，本发明实施例的挂线线夹1采用单向开关结构，这样能够确保挂线线夹1不会受到外部影响而晃动掉落，起到了对旁路线缆6的防坠落保护效果。

在本发明的一个实施例中，如图1和图2所示，挂钩部11与开口相对的外侧壁内凹，挂钩部11的顶部内侧壁、挂钩部11与开口相对的内侧壁、挂钩部11与开口相对的外侧壁的表面均进行粗糙化处理。通过粗糙化处理，能够起到防滑作用，方便机械臂4对于挂线线夹1的抓取和打开、关闭操作。

在本发明的一个实施例中，挂线线夹1整体可采用环氧树脂材料制作而成，能够满足绝缘、轻便的要求。

在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，标识物14为正方形二维图标，正方形二维图标由多个黑色小正方形和白色小正方形组成。标识物14可设置于挂钩部11上。

基于上述实施例的旁路线缆牵引系统，本发明还提出一种旁路线缆牵引方法。

如图3所示，本发明实施例的旁路线缆牵引方法包括以下步骤：

S1，将牵引绳3穿过挂线线夹1的滑轮部13，并将牵引绳3的一端与地面上的卷扬机2相连、另一端与旁路线缆6相固定。

S2，机械臂4抓取挂线线夹1，并打开挂线线夹1。

在本发明的一个实施例中，机械臂4可设置于工作斗上，机械臂4包括用于进行抓取操作的夹爪，还包括用于进行图像采集的相机和用于进行相关运算和控制的控制器。

挂线线夹1的原位也位于工作斗上，在工作斗上升至合适的工作位置时，可控制机械臂4抓取挂线线夹1。同时，机械臂4的夹爪还能够通过按压开关部12以打开挂线线夹1。

S3，识别主线缆5的位姿，并选取主线缆5上距离机械臂4的末端最近的位置作为悬挂位置，以及规划机械臂4将挂线线夹1移动至悬挂位置的第一运动路径。

在本发明的一个实施例中，可采集主线缆5的点云数据，并利用点云数据实现对主线缆5位姿的识别，在识别到主线缆5的位姿后，可选取主线缆5上距离机械臂4的末端最近的位置作为悬挂位置。然后，可利用五次多项式插值法实现机械臂4第一运动路径的规划。

S4，机械臂4按照第一运动路径运动，并在挂线线夹1移动至悬挂位置时将挂线线夹1悬挂到主线缆5上，然后松开挂线线夹1，并关闭挂线线夹1。

挂线线夹1成功悬挂到主线缆5上的状态可由地面人员确认，例如地面人员通过望远镜或影像采集设备观察挂线线夹1成功悬挂后，可向机械臂4发出指令，使机械臂4松开挂线线夹1，同时，开关部12被回弹至关闭状态，由此，完成挂线线夹1在主线缆5上的悬挂工作。

S5，卷扬机2通过回收牵引绳3，将旁路线缆6拉升到预设位置。

预设位置为方便机械臂4进行旁路线缆6剥线、连接等操作的位置。

S6，在旁路线缆6完成旁路工作后，卷扬机2通过释放牵引绳3，将旁路线缆6下放。

直至旁路线缆6全部落至地面，卷扬机2停止运行。

S7，利用标识物14识别挂线线夹1的位姿，机械臂4根据挂线线夹1的位姿运动至挂线线夹1处并抓取挂线线夹1，以及打开挂线线夹1。

在本发明的一个实施例中，可利用标识物14，基于多点透视算法识别挂线线夹1的位姿。

具体地，首先可对机械臂4处的相机采集的RGB图像进行灰度化和二值化处理，并对处理结果进行高斯滤波，避免图像中的噪声干扰对标识物14的检测。然后，利用Canny边缘检测算法获取图像中的轮廓信息，而后对所有的轮廓进行多边形逼近，判断多边形是否有4个角点，至此就可以检测出可能是标识物14的区域。再根据所有可能的区域的最短边长作进一步筛选，然后以标识物14外围有预设数量（根据正方形二维图标中实际包含的黑色小正方形的数量而定，例如24个）的小正方形为黑色，且内部其余小正方形不全为黑色确定标识物14位置。

进一步地，可设定标识物14中心为世界坐标系的原点，标识物14边框在世界坐标系下的四个顶点坐标为(50,-50,0)、(50,50,0)、(-50,50,0)、(-50,-50,0)，而其四个顶点在相机坐标系中坐标的在对标识物14检测过程中已经获得。由两个坐标系对应点之间的坐标关系采用P3P算法即可得到世界坐标系变换到相机坐标系的旋转向量rvec和世界坐标系变换到相机坐标系的平移向量tvec，对旋转向量rvec做罗德里格斯变换即可得到目标相对于相机的姿态信息，对平移向量tvec取2范数即可得到目标到相机的距离信息。

由此，可以得到挂线线夹1的位姿。

通过标识物14的设置，能够简化进行位姿识别的算法的复杂度，并能够提高识别的准确度。

S8，规划机械臂4将挂线线夹1放回原位的第二运动路径，机械臂4按照第二运动路径运动，并在挂线线夹1移动至原位时松开挂线线夹1。

最终，将挂线线夹1放回工作斗，在降下工作斗后，可收回挂线线夹1。

根据本发明实施例的旁路线缆牵引系统和方法，通过挂线线夹、卷扬机、牵引绳、机械臂的配合进行旁路线缆牵引，由于采用位于地面的卷扬机，挂线线夹结构简单、重量较小，且牵引绳的重量远低于旁路线缆，从而能够大大降低机械臂的负载和主线缆的负载，提高旁路作业的方便性和安全性。

在本发明的描述中，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种旁路线缆牵引系统，其特征在于，包括：

挂线线夹，所述挂线线夹包括挂钩部、开关部和滑轮部，所述挂钩部用于将所述挂线线夹悬挂于主线缆上，所述开关部与所述挂钩部配合设置，所述开关部用于打开和关闭所述挂线线夹，所述滑轮部设置于所述挂钩部的底部，所述挂线线夹上还设置有标识物；

卷扬机，所述卷扬机设置于地面；

牵引绳，在对旁路线缆进行牵引的状态下，所述牵引绳穿过所述滑轮部，所述牵引绳的一端与所述卷扬机相连，所述牵引绳的另一端与所述旁路线缆相固定；

机械臂，所述机械臂用于操作所述挂线线夹，并用于根据所述标识物识别所述挂线线夹的位姿。

2.根据权利要求1所述的旁路线缆牵引系统，其特征在于，所述挂钩部为具有开口的C型结构，所述挂钩部内设置有伸缩弹簧，所述开关部对应所述开口设置，所述伸缩弹簧的一端连接所述挂钩部与所述开口相对的内侧壁、另一端连接所述开关部的内侧壁，在所述伸缩弹簧处于压缩和回弹状态时，所述开关部相应地远离和封堵所述开口，以相应地实现所述挂线线夹的打开和关闭。

3.根据权利要求2所述的旁路线缆牵引系统，其特征在于，所述开口的上侧底端低于所述开关部的顶端，所述开口的下侧顶端高于所述开关部的底端。

4.根据权利要求3所述的旁路线缆牵引系统，其特征在于，所述挂钩部与所述开口相对的外侧壁内凹，所述挂钩部的顶部内侧壁、所述挂钩部与所述开口相对的内侧壁、所述挂钩部与所述开口相对的外侧壁的表面均进行粗糙化处理。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的旁路线缆牵引系统，其特征在于，所述标识物为正方形二维图标，所述正方形二维图标由多个黑色小正方形和白色小正方形组成。

6.根据权利要求5所述的旁路线缆牵引系统，其特征在于，所述标识物设置于所述挂钩部上。

7.根据权利要求6所述的旁路线缆牵引系统，其特征在于，所述挂线线夹采用环氧树脂材料制成。

8.一种基于权利要求1-7中任一项所述的旁路线缆牵引系统的旁路线缆牵引方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述牵引绳穿过所述挂线线夹的所述滑轮部，并将所述牵引绳的一端与地面上的所述卷扬机相连、另一端与所述旁路线缆相固定；

所述机械臂抓取所述挂线线夹，并打开所述挂线线夹；

识别所述主线缆的位姿，并选取所述主线缆上距离所述机械臂的末端最近的位置作为悬挂位置，以及规划所述机械臂将所述挂线线夹移动至所述悬挂位置的第一运动路径；

所述机械臂按照所述第一运动路径运动，并在所述挂线线夹移动至所述悬挂位置时将所述挂线线夹悬挂到所述主线缆上，然后松开所述挂线线夹，并关闭所述挂线线夹；

所述卷扬机通过回收所述牵引绳，将所述旁路线缆拉升到预设位置；

在所述旁路线缆完成旁路工作后，所述卷扬机通过释放所述牵引绳，将所述旁路线缆下放；

利用所述标识物识别所述挂线线夹的位姿，所述机械臂根据所述挂线线夹的位姿运动至所述挂线线夹处并抓取所述挂线线夹，以及打开所述挂线线夹；

规划所述机械臂将所述挂线线夹放回原位的第二运动路径，所述机械臂按照所述第二运动路径运动，并在所述挂线线夹移动至原位时松开所述挂线线夹。

9.根据权利要求8所述的旁路线缆牵引方法，其特征在于，利用所述标识物，基于多点透视算法识别所述挂线线夹的位姿。