CN117260740A - 带电作业机器人车身定位区分析方法、系统、终端及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了带电作业机器人车身定位区分析方法、系统、终端及介质，涉及计算机技术领域，解决了受主机械臂和执行终端的控制范围限制，在实际操作过程中需要对车身的落地位置不断调整的问题，其技术方案要点是：本发明在基于环境感知所构建的作业场景立体模型基础上，通过模拟分析作业平台在不同位置是否能够满足所有执行终端完成单个执行项目的操作需求，再模拟分析在车身位置不变的情况下通过控制主机械臂是否满足不同执行项目所对应的作业平台位置要求，最后以单个车身位置能够满足不同执行项目、不同执行终端的操作需求来确定车身定位区，在实际操作过程中可以有效降低车身移位的概率，从而提升带电作业的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，更具体地说，它涉及带电作业机器人车身定位区分析方法、系统、终端及介质。
背景技术
带电作业是电力设备检修、检测以及维护的重要手段，可以提高供电可靠性、减少停电损失以及保证电网安全。随着机器人、人工智能等新兴技术的迅速发展，带电作业机器人成为了电网智能运检、安全带电作业的发展趋势及重要技术走向。
现有的带电作业机器人主要有落于地面、爬行于电力设备以及飞行类等类型的带电作业机器人。其中落于地面的带电作业机器人主要由车身、主机械臂、作业平台以及执行终端组成，在实际操作过程中，车身落地于指定区域后，通过操作主机械臂将作业平台升空至需要进行带电作业的设备附近，再操作安装在作业平台上的一种或多种执行终端完整带电作业操作。然而，由于带电作业机器人在进行带电作业操作时，所需要执行的步骤繁多，且可能存在对多个点位进行操作，这就对车身的落地位置具有一定的要求。受主机械臂和执行终端的控制范围限制，若车身的落地位置偏差较大，在实际操作过程中需要对车身的落地位置不断调整，导致带电作业效率较低。
因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的带电作业机器人车身定位区分析方法、系统、终端及介质是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供带电作业机器人车身定位区分析方法、系统、终端及介质，在基于环境感知所构建的作业场景立体模型基础上，以单个车身位置能够满足不同执行项目、不同执行终端的操作需求来确定车身定位区，在实际操作过程中可以有效降低车身移位的概率，从而提升带电作业的工作效率。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了带电作业机器人车身定位区分析方法，包括以下步骤：
获取目标区域的环境感知数据，并依据环境感知数据进行三维重构，得到作业场景立体模型；
在作业场景立体模型中标记出约束边界和带电对象的操作点位；
从数据库中匹配得到与带电对象的操作点位一一对应的执行项目集，并为每一个执行项目匹配完成项目操作所需的执行终端集；
模拟分析单个执行终端完成相应执行项目过程中，在不碰触约束边界的情况下，支撑执行终端所对应的作业平台在作业场景立体模型中的初始平台范围；
对执行终端集中所有执行终端所对应的初始平台范围进行交集求解，得到相应执行项目的项目平台范围；
根据带电作业机器人中主机械臂的控制参数范围反向模拟在车身位置不变的情况下，仅控制主机械臂实现作业平台可完全覆盖项目平台范围的车身定位范围；
对各个项目平台范围所对应的车身定位范围进行交集求解，得到车身在地面的车身定位区。
进一步的，所述环境感知数据包括毫米波雷达测距数据、全景图像数据中的至少一种，作业场景立体模型包括带电对象的三维结构、地面的地形地貌和自然物的三维结构。
进一步的，所述约束边界包括作业场景立体模型中带电对象的表面轮廓和自然物的表面轮廓。
进一步的，所述初始平台范围的分析过程具体为：
获取单个执行终端中所有操作机械臂的最大伸出臂长和操作参数范围，操作参数范围包括基座旋转角度范围、伸缩比例范围和臂偏转角度范围；
根据三维空间的原点位置确定操作点位的坐标位置以及随机生成一个作业平台的坐标位置；
以作业平台的坐标位置作为起点约束、操作点位的坐标位置作为终点约束，通过动态调控各个操作机械臂的模拟操作参数来分析是否存在所有操作机械臂均与约束边界无接触的操作工况；
若存在所有操作机械臂均与约束边界无接触的操作工况，则随机生成的作业平台的坐标位置属于平台可选位置，所有的平台可选位置构成初始平台范围。
进一步的，所述初始平台范围的计算公式具体为：
则Pj∈P0
其中，Mi表示第i个操作机械臂所对应的空间坐标集；表示第i-1个操作机械臂终点端所对应的x轴坐标；ε表示臂点系数；Si表示第i个操作机械臂所选取的伸缩比例；li表示第i个操作机械臂的最大伸出臂长；/>表示第i个操作机械臂所选取的臂偏转角度；αi表示第i个操作机械臂所选取的基座旋转角度；/>表示第i-1个操作机械臂终点端所对应的y轴坐标；/>表示第i-1个操作机械臂终点端所对应的z轴坐标；Pj表示随机生成的作业平台的坐标位置；D表示操作点位的坐标位置；n表示单个执行终端中操作机械臂的数量；Gall表示约束边界；P0表示初始平台范围。
进一步的，所述项目平台范围的求解过程具体为：
分别模拟分析单个执行终端完成单个执行项目所对应的初始平台范围；
针对同一个执行项目，以执行终端集中所有执行终端所对应的初始平台范围的重叠范围确定相应执行项目的项目平台范围。
进一步的，所述项目平台范围的求解过程具体为：
模拟分析单个执行终端完成单个执行项目所对应的初始平台范围；
以模拟分析得到的初始平台范围作为下一个执行终端完成相同执行项目过程中的范围约束基础；
下一个执行终端完成相同执行项目时，对初始平台范围进行更新，得到更新后的初始平台范围；
待同一执行项目所对应执行终端集中所有的执行终端均模拟分析完成，以最后更新的初始平台范围作为项目平台范围。
第二方面，提供了带电作业机器人车身定位区分析系统，包括：
三维建模模块，用于获取目标区域的环境感知数据，并依据环境感知数据进行三维重构，得到作业场景立体模型；
模型标记模块，用于在作业场景立体模型中标记出约束边界和带电对象的操作点位；
数据匹配模块，用于从数据库中匹配得到与带电对象的操作点位一一对应的执行项目集，并为每一个执行项目匹配完成项目操作所需的执行终端集；
平台定位模块，用于模拟分析单个执行终端完成相应执行项目过程中，在不碰触约束边界的情况下，支撑执行终端所对应的作业平台在作业场景立体模型中的初始平台范围；
定位融合模块，用于对执行终端集中所有执行终端所对应的初始平台范围进行交集求解，得到相应执行项目的项目平台范围；
反向模拟模块，用于根据带电作业机器人中主机械臂的控制参数范围反向模拟在车身位置不变的情况下，仅控制主机械臂实现作业平台可完全覆盖项目平台范围的车身定位范围；
车身定位模块，对各个项目平台范围所对应的车身定位范围进行交集求解，得到车身在地面的车身定位区。
第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的带电作业机器人车身定位区分析方法。
第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如第一方面中任意一项所述的带电作业机器人车身定位区分析方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的带电作业机器人车身定位区分析方法，在基于环境感知所构建的作业场景立体模型基础上，通过模拟分析作业平台在不同位置是否能够满足所有执行终端完成单个执行项目的操作需求，再模拟分析在车身位置不变的情况下通过控制主机械臂是否满足不同执行项目所对应的作业平台位置要求，最后以单个车身位置能够满足不同执行项目、不同执行终端的操作需求来确定车身定位区，在实际操作过程中可以有效降低车身移位的概率，从而提升带电作业的工作效率；
2、本发明在初始平台范围的分析过程中，以作业平台的坐标位置作为起点约束、操作点位的坐标位置作为终点约束，来分析作业平台在随机生成的位置下是否存在路径能够保证所有操作机械臂中的不同质点均不与约束边界碰触，有效提高了在车身落地于车身定位区域后操作机械臂的可操作性；
3、本发明以模拟分析得到的初始平台范围作为下一个执行终端完成相同执行项目过程中的范围约束基础，通过不断更新的初始平台范围，可以有效降低项目平台范围的求解难度；
4、本发明所确定的车身定位区域可供工作人员依据实际情况选择地势平坦以及易于控制车身的地点，有效提高了车身定位的灵活性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例1中的流程图；
图2是本发明实施例2中的系统框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：带电作业机器人车身定位区分析方法，该方法适用于由车身、主机械臂、作业平台以及执行终端组成的带电作业机器人，如图1所示，包括以下步骤：
S1：获取目标区域的环境感知数据，并依据环境感知数据进行三维重构，得到作业场景立体模型；
S2：在作业场景立体模型中标记出约束边界和带电对象的操作点位；
S3：从数据库中匹配得到与带电对象的操作点位一一对应的执行项目集，并为每一个执行项目匹配完成项目操作所需的执行终端集；
S4：模拟分析单个执行终端完成相应执行项目过程中，在不碰触约束边界的情况下，支撑执行终端所对应的作业平台在作业场景立体模型中的初始平台范围；
S5：对执行终端集中所有执行终端所对应的初始平台范围进行交集求解，得到相应执行项目的项目平台范围；
S6：根据带电作业机器人中主机械臂的控制参数范围反向模拟在车身位置不变的情况下，仅控制主机械臂实现作业平台可完全覆盖项目平台范围的车身定位范围；
S7：对各个项目平台范围所对应的车身定位范围进行交集求解，得到车身在地面的车身定位区。
环境感知数据可以单独选择毫米波雷达测距数据，也可以单独选择全景图像数据，还可以同时选择毫米波雷达测距数据和全景图像数据，在此不受限制。此外，在建立作业场景立体模型时，还可以从数据库中选取带电对象的原始结构设计数据，并以原始结构设计数据对缺陷的环境感知数据进行补充，可以在恶劣环境下保障作业场景立体模型完整构建。
此外，作业场景立体模型包括但不限于带电对象的三维结构、地面的地形地貌和自然物的三维结构。对于作业场景立体模型中的实体间距需要依据实际情况进行等比例构建，以确保作业场景立体模型模拟作业场景的真实性。
另外，约束边界包括作业场景立体模型中带电对象的表面轮廓和自然物的表面轮廓，也还可以包括强电场、强磁场以及极度危险区域，约束边界的标记可以依据实际情况需要进行灵活设置。
需要说明的是，执行项目包括但不限于接引线、更换绝缘子和清理架空线障碍物等项目。
初始平台范围的分析过程具体为：获取单个执行终端中所有操作机械臂的最大伸出臂长和操作参数范围，操作参数范围包括基座旋转角度范围、伸缩比例范围和臂偏转角度范围；根据三维空间的原点位置确定操作点位的坐标位置以及随机生成一个作业平台的坐标位置；以作业平台的坐标位置作为起点约束、操作点位的坐标位置作为终点约束，通过动态调控各个操作机械臂的模拟操作参数来分析是否存在所有操作机械臂均与约束边界无接触的操作工况；若存在所有操作机械臂均与约束边界无接触的操作工况，则随机生成的作业平台的坐标位置属于平台可选位置，所有的平台可选位置构成初始平台范围。
在模拟单个执行终端执行一个执行项目时，初始平台范围的计算公式具体为：
则Pj∈P0
其中，Mi表示第i个操作机械臂所对应的空间坐标集；表示第i-1个操作机械臂终点端所对应的x轴坐标；ε表示臂点系数；Si表示第i个操作机械臂所选取的伸缩比例；li表示第i个操作机械臂的最大伸出臂长；/>表示第i个操作机械臂所选取的臂偏转角度；αi表示第i个操作机械臂所选取的基座旋转角度；/>表示第i-1个操作机械臂终点端所对应的y轴坐标；/>表示第i-1个操作机械臂终点端所对应的z轴坐标；Pj表示随机生成的作业平台的坐标位置；D表示操作点位的坐标位置；n表示单个执行终端中操作机械臂的数量；Gall表示约束边界；P0表示初始平台范围。
需要说明的是，伸缩比例即为实际长度与最大伸出臂长之比，臂偏转角度指的是机械臂相对于转动轴的转动的角度，而基座旋转角度指的是机械臂的基座相对于中心轴的旋转角度。
此外，在整个车身定位区分析过程中还可以考虑带电作业机器人中机械臂、作业平台以及车身的具体尺寸大小，可以使得分析结果更为精准，但也会存在计算任务量较大的问题。
另外，若最后交集求解时车身定位区无解，则可用省略一个项目平台范围后继续求解，若仍然无解，则可省略将上一个省略的项目平台范围与其他的项目平台范围进行替换，直至所有项目平台范围均省略一次后还无解，则可以考虑增加同时省略项目平台范围的数量。
为保证车身定位区分析的稳定性和保障车身定位区稳定输出，项目平台范围的求解过程可以为：分别模拟分析单个执行终端完成单个执行项目所对应的初始平台范围；针对同一个执行项目，以执行终端集中所有执行终端所对应的初始平台范围的重叠范围确定相应执行项目的项目平台范围。
为提高车身定位区分析的效率，项目平台范围的求解过程具体为：模拟分析单个执行终端完成单个执行项目所对应的初始平台范围；以模拟分析得到的初始平台范围作为下一个执行终端完成相同执行项目过程中的范围约束基础；下一个执行终端完成相同执行项目时，对初始平台范围进行更新，得到更新后的初始平台范围；待同一执行项目所对应执行终端集中所有的执行终端均模拟分析完成，以最后更新的初始平台范围作为项目平台范围。
实施例2：带电作业机器人车身定位区分析系统，该系统用于实现实施例1中所记载的带电作业机器人车身定位区分析方法，如图2所示，包括三维建模模块、模型标记模块、数据匹配模块、平台定位模块、定位融合模块、反向模拟模块和车身定位模块。
其中，三维建模模块，用于获取目标区域的环境感知数据，并依据环境感知数据进行三维重构，得到作业场景立体模型；模型标记模块，用于在作业场景立体模型中标记出约束边界和带电对象的操作点位；数据匹配模块，用于从数据库中匹配得到与带电对象的操作点位一一对应的执行项目集，并为每一个执行项目匹配完成项目操作所需的执行终端集；平台定位模块，用于模拟分析单个执行终端完成相应执行项目过程中，在不碰触约束边界的情况下，支撑执行终端所对应的作业平台在作业场景立体模型中的初始平台范围；定位融合模块，用于对执行终端集中所有执行终端所对应的初始平台范围进行交集求解，得到相应执行项目的项目平台范围；反向模拟模块，用于根据带电作业机器人中主机械臂的控制参数范围反向模拟在车身位置不变的情况下，仅控制主机械臂实现作业平台可完全覆盖项目平台范围的车身定位范围；车身定位模块，对各个项目平台范围所对应的车身定位范围进行交集求解，得到车身在地面的车身定位区。
工作原理：本发明在基于环境感知所构建的作业场景立体模型基础上，通过模拟分析作业平台在不同位置是否能够满足所有执行终端完成单个执行项目的操作需求，再模拟分析在车身位置不变的情况下通过控制主机械臂是否满足不同执行项目所对应的作业平台位置要求，最后以单个车身位置能够满足不同执行项目、不同执行终端的操作需求来确定车身定位区，在实际操作过程中可以有效降低车身移位的概率，从而提升带电作业的工作效率。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.带电作业机器人车身定位区分析方法，其特征是，包括以下步骤：
获取目标区域的环境感知数据，并依据环境感知数据进行三维重构，得到作业场景立体模型；
在作业场景立体模型中标记出约束边界和带电对象的操作点位；
从数据库中匹配得到与带电对象的操作点位一一对应的执行项目集，并为每一个执行项目匹配完成项目操作所需的执行终端集；
模拟分析单个执行终端完成相应执行项目过程中，在不碰触约束边界的情况下，支撑执行终端所对应的作业平台在作业场景立体模型中的初始平台范围；
对执行终端集中所有执行终端所对应的初始平台范围进行交集求解，得到相应执行项目的项目平台范围；
根据带电作业机器人中主机械臂的控制参数范围反向模拟在车身位置不变的情况下，仅控制主机械臂实现作业平台可完全覆盖项目平台范围的车身定位范围；
对各个项目平台范围所对应的车身定位范围进行交集求解，得到车身在地面的车身定位区。
2.根据权利要求1所述的带电作业机器人车身定位区分析方法，其特征是，所述环境感知数据包括毫米波雷达测距数据、全景图像数据中的至少一种，作业场景立体模型包括带电对象的三维结构、地面的地形地貌和自然物的三维结构。
3.根据权利要求1所述的带电作业机器人车身定位区分析方法，其特征是，所述约束边界包括作业场景立体模型中带电对象的表面轮廓和自然物的表面轮廓。
4.根据权利要求1所述的带电作业机器人车身定位区分析方法，其特征是，所述初始平台范围的分析过程具体为：
获取单个执行终端中所有操作机械臂的最大伸出臂长和操作参数范围，操作参数范围包括基座旋转角度范围、伸缩比例范围和臂偏转角度范围；
根据三维空间的原点位置确定操作点位的坐标位置以及随机生成一个作业平台的坐标位置；
以作业平台的坐标位置作为起点约束、操作点位的坐标位置作为终点约束，通过动态调控各个操作机械臂的模拟操作参数来分析是否存在所有操作机械臂均与约束边界无接触的操作工况；
若存在所有操作机械臂均与约束边界无接触的操作工况，则随机生成的作业平台的坐标位置属于平台可选位置，所有的平台可选位置构成初始平台范围。
5.根据权利要求4所述的带电作业机器人车身定位区分析方法，其特征是，所述初始平台范围的计算公式具体为：
则Pj∈P0
其中，Mi表示第i个操作机械臂所对应的空间坐标集；表示第i-1个操作机械臂终点端所对应的x轴坐标；ε表示臂点系数；Si表示第i个操作机械臂所选取的伸缩比例；li表示第i个操作机械臂的最大伸出臂长；/>表示第i个操作机械臂所选取的臂偏转角度；αi表示第i个操作机械臂所选取的基座旋转角度；/>表示第i-1个操作机械臂终点端所对应的y轴坐标；/>表示第i-1个操作机械臂终点端所对应的z轴坐标；Pj表示随机生成的作业平台的坐标位置；D表示操作点位的坐标位置；n表示单个执行终端中操作机械臂的数量；Gall表示约束边界；P0表示初始平台范围。
6.根据权利要求1所述的带电作业机器人车身定位区分析方法，其特征是，所述项目平台范围的求解过程具体为：
分别模拟分析单个执行终端完成单个执行项目所对应的初始平台范围；
针对同一个执行项目，以执行终端集中所有执行终端所对应的初始平台范围的重叠范围确定相应执行项目的项目平台范围。
7.根据权利要求1所述的带电作业机器人车身定位区分析方法，其特征是，所述项目平台范围的求解过程具体为：
模拟分析单个执行终端完成单个执行项目所对应的初始平台范围；
以模拟分析得到的初始平台范围作为下一个执行终端完成相同执行项目过程中的范围约束基础；
下一个执行终端完成相同执行项目时，对初始平台范围进行更新，得到更新后的初始平台范围；
待同一执行项目所对应执行终端集中所有的执行终端均模拟分析完成，以最后更新的初始平台范围作为项目平台范围。
8.带电作业机器人车身定位区分析系统，其特征是，包括：
三维建模模块，用于获取目标区域的环境感知数据，并依据环境感知数据进行三维重构，得到作业场景立体模型；
模型标记模块，用于在作业场景立体模型中标记出约束边界和带电对象的操作点位；
数据匹配模块，用于从数据库中匹配得到与带电对象的操作点位一一对应的执行项目集，并为每一个执行项目匹配完成项目操作所需的执行终端集；
平台定位模块，用于模拟分析单个执行终端完成相应执行项目过程中，在不碰触约束边界的情况下，支撑执行终端所对应的作业平台在作业场景立体模型中的初始平台范围；
定位融合模块，用于对执行终端集中所有执行终端所对应的初始平台范围进行交集求解，得到相应执行项目的项目平台范围；
反向模拟模块，用于根据带电作业机器人中主机械臂的控制参数范围反向模拟在车身位置不变的情况下，仅控制主机械臂实现作业平台可完全覆盖项目平台范围的车身定位范围；
车身定位模块，对各个项目平台范围所对应的车身定位范围进行交集求解，得到车身在地面的车身定位区。
9.一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任意一项所述的带电作业机器人车身定位区分析方法。
10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征是，所述计算机程序被处理器执行可实现如权利要求1-7中任意一项所述的带电作业机器人车身定位区分析方法。
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