一种复杂环境下的带电作业机器人线缆定位方法技术

本发明专利技术创造提供了一种复杂环境下的带电作业机器人线缆定位方法，若无法获得目标作业点的空间姿态信息，则判断分析环境复杂度；若环境为复杂环境，通过激光发射器在线缆上人工选取两个激光端点A、B；步骤(4)所述的两个端点的中心点即为目标作业点C，根据C点的空间坐标，以及A、B点所描述的空间向量，从而获得目标作业点的空间姿态信息；本发明专利技术在双目相机上安装滤光片，完成线缆识别，若初识别失败，则判断光照环境以及纹理复杂程度，当处于非复杂环境下则手动辅助定位，操作人员利用回传图像确定目标位置；若处于复杂环境下，则利用与滤光片同波长的激光发射器在线缆上形成亮斑，通过处理亮斑完成线缆的定位。

A Cable Location Method for Live Work Robot in Complex Environment

【技术实现步骤摘要】
一种复杂环境下的带电作业机器人线缆定位方法
本专利技术创造属于图像识别领域，尤其是涉及一种复杂环境下的带电作业机器人线缆定位方法。
技术介绍
目前主流的带电作业机器人的作业方式为机器人位于绝缘斗臂车内，操作人员在地面通过传感器获得平台及机器人的信息，远程操作机器人或机器人自主完成作业。目前国内外，带电作业机器人领域主要采用以下两种作业方式：一是操作员处于斗臂车的绝缘斗内进行操作的模式。缺点是操作员仍然处于高压环境中，存在安全风险；二是机械臂位于绝缘斗臂车内，操作员在地面进行遥操作的方式。目前存在的主要问题是操作人员远程通过摄像机等设备回传的信息对高空环境进行判断，或通过虚拟现实(VR)以及增强现实(AR)实现平台信息的重建，此类方法操作复杂，存在误操作的风险，操作人员需要具备一定的专业知识以及较高的熟练程度。目前的带电作业机器人由于在不同地域的线缆架设方式、架设地点不同，而且受到传感器的视野限制及安装角度等因素影响，从而导致反馈的信息不完整或不直观，且受到天气、高楼、其他线路等的影响，使得视觉传感器的图像极大可能存在线缆交叉、遮挡等问题，导致操作起来极其困难。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术创造旨在提出一种复杂环境下的带电作业机器人线缆定位方法，以通过双目相机进行线缆识别，获得线缆的空间位置和姿态，并综合光照环境及纹理复杂程度判断，并利用激光发射器进行人工辅助定位，可极大程度降低复杂环境对最终的线缆定位的影响，提升方法的适应性以及稳定性。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：一种复杂环境下的带电作业机器人线缆定位方法，包括以下步骤：(1)将作业平台移动到线缆附近，所述平台上的作业机器人的双目相机采集线缆图像；(2)利用所述双目相机所采集的图像，获得目标作业点的空间姿态信息，转至步骤(6)；(3)若无法获得目标作业点的空间姿态信息，则判断环境复杂度；(4)若为非复杂环境，则人工选取图像中的作业区域，从而获取目标作业点的空间姿态信息；若为复杂环境，则通过激光发射器在线缆上选取两个激光端点A、B；(5)步骤(4)所述的两个端点的中心点即为目标作业点C，根据C点的空间坐标，以及A、B点所描述的空间向量，从而获得目标作业点的空间姿态信息；(6)操作人员确认姿态信息后，将确认信息发送至机器人控制系统，进行带电作业。进一步，步骤(1)所述作业平台移动到线缆的下方，所述机器人的双目相机的基线方向与线缆方向相垂直；所述线缆覆有黑色表层，所述双目相机固定于机器人的一端，其镜头前设有滤光片。进一步，所述滤光片为红光带通滤光片，波长为650nm或625nm～665nm红光高透。进一步，所述激光发射器为波长650nm、可调节焦距式激光发射器。进一步，步骤(2)所述获得线缆的空间姿态信息的方法包括如下步骤：(21)根据双目相机的任意一侧采集图像，生成灰度图；(22)根据步骤(21)所生成的灰度图，获得边缘图，从而得到图像内直线分布；(23)去除直线分布内的错误直线以及重合直线，由正确的直线组成线缆图；(24)通过步骤(23)所获得线缆图任一范围的两个测量端点a、b坐标，以及双目相机的立体匹配获得深度图像，获得测量端点a、b的三维坐标；(25)以步骤(24)所述两端点的中心点作为目标作业点，将两端点描述为目标作业点的方向向量，获得目标作业点的空间姿态信息。进一步，步骤(24)所述立体匹配的步骤为：(241)在定位前对双目相机的焦距、基线长度等内、外参数进行标定，获得两台相机的内参数矩阵、畸变矩阵，以及两台相机的外参数，即旋转矩阵、平移矩阵。(242)根据双目相机内、外参数进行畸变校正，并进行立体校正，使两幅图像完成行对准。(243)对行对准的两幅图像通过匹配算法，获得视差图。(244)根据视差图与相机内、外参数，获得任意点的三维坐标。进一步，步骤(3)所述的判断分析环境复杂度的方法包括如下步骤：(31)利用图像的灰度级直方图的二阶矩阵计算纹理复杂度T及平均灰度m；(32)若纹理复杂度T小于设定阈值，则为非复杂背景；若其大于设定阈值，则为复杂背景；(33)获取采集图像的亮度分布，根据步骤(31)所述平均灰度进行二值化处理；(34)灰度值大于平均灰度值且大于220的像素灰度值设为255，若小于平均灰度值或小于220的像素灰度值像素灰度值为0；(35)统计灰度值255的像素个数，若小于设定值，则为复杂光照，若大于设定值，则为非复杂光照；(36)若采集环境包括复杂光照或复杂背景，则为复杂环境；非复杂光照且非复杂背景则为非复杂环境。进一步，步骤(31)所述的纹理复杂度T的计算公式为，平均灰度m的计算公式为，其中，zi表示灰度，p(zi)为第i级灰度值zi的像素个数即直方图，L为不同灰度级的数量；w为图像宽度，h为图像高度。进一步，步骤(4)所述的非复杂环境下获取作业目标点的空间姿态信息的方法包括如下步骤：(41)判断结果若为非复杂环境，则人工选取图像中的作业区域，根据平均灰度值m设置阈值，进行二值化处理；(42)获得线缆最小外接矩形及两个端点的二维坐标，通过视差图获得三维坐标(43)然后根据步骤(24)～(25)，获得作业目标点的空间位置和姿态。进一步，步骤(5)所述，A、B两点在线缆的无明显缺损及弯曲段上选取。相对于现有技术，本专利技术创造所述的一种带电作业机器人线缆定位方法具有以下优势：(1)通过线缆图像的采集环境的纹理复杂程度以及过曝光情况，从而可以确定带电工作维护作业环境的环境复杂程度，以此为依据因素，确定复杂光照、复杂背景等不同环境的线缆定位方案，以保证线缆上目标作业点识别的可靠性以及准确性；(2)本专利技术在所述作业机器人的双目相机的镜头上添加滤光片，并且配合使用激光发射器辅助定位，可以用于室外复杂环境的线缆定位及识别，由于双目相机在复杂背景下成像纹理混乱，匹配特征不明显，导致立体匹配较困难，而激光光斑在图像中为高亮，则保证了光斑在复杂背景下的立体匹配的准确率。附图说明构成本专利技术创造的一部分的附图用来提供对本专利技术创造的进一步理解，本专利技术创造的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术创造，并不构成对本专利技术创造的不当限定。在附图中：图1为本专利技术创造实施例所述的工作流程图；图2为本专利技术创造实施例所述的实施布局示意图。附图标记说明：1-线缆；2-双目相机；3-激光光束；4-激光发射器。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本专利技术创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术创造的描述中，需要说明的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂环境下的带电作业机器人线缆定位方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将作业平台移动到线缆附近，所述平台上的作业机器人的双目相机采集线缆图像；(2)利用所述双目相机所采集的图像，获得目标作业点的空间姿态信息，转至步骤(6)；(3)若无法获得目标作业点的空间姿态信息，则判断环境复杂度；(4)若为非复杂环境，则人工选取图像中的作业区域，从而获取目标作业点的空间姿态信息；若为复杂环境，则通过激光发射器在线缆上选取两个激光端点A、B；(5)步骤(4)所述的两个端点的中心点即为目标作业点C，根据C点的空间坐标，以及A、B点所描述的空间向量，从而获得目标作业点的空间姿态信息；(6)操作人员确认姿态信息后，将确认信息发送至机器人控制系统，进行带电作业。

【技术特征摘要】
1.一种复杂环境下的带电作业机器人线缆定位方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将作业平台移动到线缆附近，所述平台上的作业机器人的双目相机采集线缆图像；(2)利用所述双目相机所采集的图像，获得目标作业点的空间姿态信息，转至步骤(6)；(3)若无法获得目标作业点的空间姿态信息，则判断环境复杂度；(4)若为非复杂环境，则人工选取图像中的作业区域，从而获取目标作业点的空间姿态信息；若为复杂环境，则通过激光发射器在线缆上选取两个激光端点A、B；(5)步骤(4)所述的两个端点的中心点即为目标作业点C，根据C点的空间坐标，以及A、B点所描述的空间向量，从而获得目标作业点的空间姿态信息；(6)操作人员确认姿态信息后，将确认信息发送至机器人控制系统，进行带电作业。2.根据权利要求1所述的一种复杂环境下的带电作业机器人线缆定位方法，其特征在于：步骤(1)所述作业平台移动到线缆的下方，所述机器人的双目相机的基线方向与线缆方向相垂直；所述线缆覆有黑色表层，所述双目相机固定于机器人的一端，其镜头前设有滤光片。3.根据权利要求2所述的一种复杂环境下的带电作业机器人线缆定位方法，其特征在于：所述滤光片为红光带通滤光片，波长为650nm或625nm～665nm红光高透。4.根据权利要求1所述的一种复杂环境下的带电作业机器人线缆定位方法，其特征在于：所述激光发射器为波长650nm、可调节焦距式激光发射器。5.根据权利要求2所述的一种复杂环境下的带电作业机器人线缆定位方法，其特征在于：步骤(2)所述获得线缆的空间姿态信息的方法包括如下步骤：(21)根据双目相机的任意一侧采集图像，提取灰度图；(22)根据步骤(21)所生成的灰度图，获得边缘图，从而得到图像内直线分布；(23)去除直线分布内的错误直线以及重合直线，由正确的直线组成线缆图；(24)通过步骤(23)所获得线缆图任一范围的两个测量端点a、b坐标，以及双目相机的立体匹配获得视差图，获得测量端点a、b的三维坐标；(25)以步骤(24)所述两端点的中心点作为目标作业点，将两端点描述为目标作业点的方向向量，获得目标作业点的空间姿态信息。6.根据权利要求2所述的一种复杂环境下的带电作业机器人线缆定位方法，其特征在于：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘召，张黎明，耿美晓，郭新，项添春，张志朋，张昕，刘文韬，王立国，张炜，陈洪安，
申请(专利权)人：清研同创机器人天津有限公司，国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：天津,12