基于高压带电作业机器人的跌落开关更换控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于高压带电作业机器人的跌落开关更换控制系统，包括：高压带电作业机器人控制单元分别与图像数据处理中心和机械臂控制单元连接，所述图像数据处理中心与视觉模块、目标跟踪模块分别连接，所述视觉模块与目标跟踪模块连接。本实用新型专利技术有益效果：通过将螺栓顶端设置成锥形，便于将螺栓顶端深入到螺栓孔，即使螺栓的定位存在几毫米的差别，仍能将螺栓深入到螺栓固定孔内，降低了将螺栓深入到螺栓孔的难度。通过在螺栓的两端增加颜色标记，可以在背景中突出螺栓，便于利用颜色信息跟踪出螺栓的位置，同时利用两边标记的颜色信息可确定出螺栓的长度。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及机器视觉领域，尤其涉及一种基于高压带电作业机器人的跌落开关更换控制系统。
技术介绍
传统的电力设备维修需要人工近距离接触设备，这样不仅威胁施工人员的人身安全，且效率低下。随着人工智能、机器视觉等相关技术的发展，各种高危环境中的作业已开始由机器人替代，高压输电线路的设备维护亦可以利用高压带电作业机器人完成。跌落开关是高压输电线路中必不可少的器件，当线路中的电流过大，跌落开关中的熔丝将会因电流过大而发热熔断，以达到保护线路的目的。通常，跌落开关熔断后需要人工更换维护，这样不仅效率低下，而且施工人员在在高压带电线路上施工存在安全隐患。人工智能、机器视觉等技术可使机器人具有人类的部分智能，可使机器人代替施工人员在危险的环境中高效、快速地完成施工任务。但是，针对更换高压输电线路中跌落开关的高压带电作业机器人控制系统的相关研宄尚存在空白。由于通常使用的跌落开关螺栓顶端的外径与螺栓孔的内径相差极小，因此即使螺栓与螺栓孔的位置相差Imm时也不能成功固定跌落开关。因此，利用机器视觉、人工智能等技术更换跌落开关时，需要准确将跌落开关上的螺栓孔与固定支架上的螺栓孔对齐，并且将螺栓准确的伸入到螺栓固定孔中才能顺利完成更换跌落开关的任务。另外，在使用机器视觉、人工智能等技术固定跌落开关整个操作过程中需要根据摄像机获取的图像计算出当前螺栓的位置及其相对倾斜方向，以便及时调整机械臂抓取的螺栓的位姿及位置。螺栓在摄像机中所表现出的灰度特征与周围的环境中其他高压电设施极为相似，且摄像机所呈现出的螺栓将有可能丢掉其自身螺纹所体现出的特有的纹理信息，这就增加了跟踪定位螺栓的难度。经过以上分析，智能电力设备高压带电作业机器人在控制更换跌落开关时存在以下问题:(I)机械臂夹取的螺栓在摄像机捕获的图像中所表现出灰度与周围的其他电力设备、支架等极为相似，这使控制系统不宜实现目标跟踪。(2)螺栓在摄像机获取的图像中相对较小，将会丢失自身螺纹形成的纹理信息，增加了控制系统跟踪定位螺栓的难度。(3)螺栓的外径与螺栓孔内径极为接近，不易准确控制螺栓伸入到螺栓孔径中。
技术实现思路
本技术的目的就是为了解决上述问题，提供了一种基于高压带电作业机器人的跌落开关更换控制系统，该控制系统能够实现精确控制机械臂自动更换高压输电线路中的跌落开关，避免了施工人员直接在高压带电线路上施工带来的危险。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案:一种基于高压带电作业机器人的跌落开关更换控制系统，包括:高压带电作业机器人控制单元:用于接收图像数据处理中心的数据并向机械臂控制单元发送控制命令；机械臂控制单元:用于控制高压带电作业机器人的机械臂通过旋紧或旋出带有标识的螺栓更换跌落开关；视觉模块:用于获取机械臂前端的图像并将图像传送至图像数据处理中心；目标跟踪模块:用于利用获取的图像数据实时计算当前感兴趣目标的移动位置；图像数据处理中心:用于对视觉模块采集到的图像进行处理，根据图像信息跟踪机械臂移动的位置以及需要更换的跌落开关的位置；所述高压带电作业机器人控制单元分别与图像数据处理中心和机械臂控制单元连接，所述图像数据处理中心与视觉模块、目标跟踪模块分别连接，所述视觉模块与目标跟踪模块连接，所述机械臂控制单元控制机器人机械臂完成更换跌落操作。所述视觉模块包括:光轴交叉双目摄像机和图像采集卡；光轴交叉双目摄像机设置在机械臂前端用于获取机械臂前端的图像以模拟人眼的双目视觉功能，图像采集卡用于将双目摄像机输出的模拟信号转换成可运用计算机运算处理的数字信号，所述图像采集卡至少为两通道。所述带有标识的螺栓两端涂有醒目的标记色，在所述标记色之间添加螺纹的纹理信息。所述螺纹的纹理信息为在所述标记色之间添加粗细及间隔不同的条纹，或其他具有颜色信息的纹理。本技术的有益效果:1、利用本技术的控制系统，可以实现自动精确控制机械臂更换高压输电线路中的跌落开关，利用目标跟踪模块跟踪定位带有标识信息的螺栓位置，进而控制机械臂准确的识别螺栓位置并通过旋进或旋出螺栓实现跌落开关的自动更换。2、通过将螺栓顶端设置成锥形，便于将螺栓顶端深入到螺栓孔，即使螺栓的定位存在几毫米的差别，仍能通过控制系统将螺栓深入到螺栓固定孔内，降低了将螺栓深入到螺栓孔的难度。3、通过在螺栓的两端增加颜色标记，可以在背景中突出螺栓，便于利用颜色信息跟踪出螺栓的位置，同时利用两边标记的颜色信息可确定出螺栓的长度。4、由于摄像机所获取到的螺栓极有可能丢失螺栓的螺纹所表现出的纹理信息，因此在颜色标记的中间添加纹理信息。由此，摄像机所捕获到螺栓将体现出明显的颜色信息与纹理信息，有利于螺栓的定位与跟踪。【附图说明】图1为本技术系统结构示意图；图2为本技术机械臂结构示意图；图3为本技术螺栓顶端的加工示意图；图4为本技术螺栓两端标记示意图；图5为本技术螺栓纹理标记示意图；其中，1.高压带电作业机器人控制单元，2.机械臂控制单元，3.图像数据处理中心，4.视觉模块，5.目标跟踪模块，6.交叉双目摄像机，7.跌落开关，8.机械臂，9.带有当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高压带电作业机器人的跌落开关更换控制系统，其特征是，包括：高压带电作业机器人控制单元：用于接收图像数据处理中心的数据并向机械臂控制单元发送控制命令；机械臂控制单元：用于控制高压带电作业机器人的机械臂通过旋紧或旋出带有标识的螺栓更换跌落开关；视觉模块：用于获取机械臂前端的图像并将图像传送至图像数据处理中心；目标跟踪模块：用于利用获取的图像数据实时计算当前感兴趣目标的移动位置；图像数据处理中心：用于对视觉模块采集到的图像进行处理，根据图像信息跟踪机械臂移动的位置以及需要更换的跌落开关的位置；所述高压带电作业机器人控制单元分别与图像数据处理中心和机械臂控制单元连接，所述图像数据处理中心与视觉模块、目标跟踪模块分别连接，所述视觉模块与目标跟踪模块连接，所述机械臂控制单元控制机器人机械臂完成更换跌落操作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任杰，鲁守银，慕世友，傅孟潮，韩磊，王振利，李健，谭林，陈强，吕曦晨，赵亚博，李建祥，赵金龙，高郎宏，
申请(专利权)人：山东鲁能智能技术有限公司，
类型：新型
国别省市：山东;37