一种带电作业机器人安全工作空间限定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，包括基于采集的机器人作业环境数据，构建环境模型；对环境模型中的带电体进行识别和定位；根据识别和定位结果，设定带电体和机器人之间的虚拟安全墙；采用机器人运动学算法将机器人运动限制在安全墙内。同时公开了相应的系统。本发明专利技术对实时环境进行建模，对模型中的带电体进行识别和定位，基于识别和定位结果设定虚拟安全墙，将机器人运动限制在安全墙内，对环境的依赖程度不高，可应用到动态变化的环境中。

A method and system for defining safe working space of live working robot

【技术实现步骤摘要】
一种带电作业机器人安全工作空间限定方法及系统
本专利技术涉及一种带电作业机器人安全工作空间限定方法及系统，属于电力配网带电作业

技术介绍
配网作为电力系统末端，是服务用户、保证电力持续供给的关键环节，其可靠性在供电系统中占据极其重要的位置。随着科技的发展，采用机器人对电网进行检修维护是一种趋势。高压、非结构化的作业环境对配网带电作业机器人的性能带来极大的挑战。加上配网线路排布密集，工作空间小，因此对机器人带电作业安全性提出更高的要求。在机器人作业过程中，除完成复杂的作业任务外，还要求机器人不能与导线等带电体发生干涉，否则可能会导致事故的发生。因此，对机器人工作空间进行动态限制，将机器人控制在安全运动空间内十分必要。目前对机器人安全工作空间的限制主要采用物理隔离的方式，通常使用围栏等硬件设施和光栅等传感设备将机器人限定在一定的运动范围内，从而与机器人运动过程中可能发生干涉的外部环境进行隔离。但是这种方式仅仅适用于机器人工作环境较为固定的情况，难以应用于动态变化的环境中。
技术实现思路
本专利技术提供了一种带电作业机器人安全工作空间限定方法及系统，解决了
技术介绍
中披露的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，包括，基于采集的机器人作业环境数据，构建环境模型；对环境模型中的带电体进行识别和定位；根据识别和定位结果，设定带电体和机器人之间的虚拟安全墙；采用机器人运动学算法将机器人运动限制在安全墙内。构建环境模型的过程为，采集的机器人作业环境的点云数据，将点云坐标统一到以机器人基坐标系为基准的世界坐标系下，构建环境模型。对环境模型中的带电体进行识别和定位的过程为，利用预训练的深度学习模型，对环境模型中的带电体进行匹配；响应于匹配结果为导线，对导线进行拟合，求取中心线位置和方向，中心线位置和方向作为导线定位结果；响应于匹配结果为绝缘子，使用框体包围绝缘子，求取框体空间坐标，框体空间坐标作为绝缘子定位结果。设定带电体和机器人之间虚拟安全墙的过程为，基于带电体识别和定位结果，确定作业的配网线路类型；获取与配网线路类型匹配的虚拟安全墙设定规则；根据虚拟安全墙设定规则、带电体识别和定位结果，设定虚拟安全墙。对不同配网线路进行建模，确定各配网线路的虚拟安全墙设置位置和设置形式，虚拟安全墙设置位置和设置形式构成虚拟安全墙设定规则。虚拟安全墙将机器人工作空间分为安全区域、缓冲区域和停止区域。采用机器人运动学算法将机器人运动限制在安全墙内的过程为，A1）建立机器人运动学模型；A2）根据机器人运动学模型，求取给定目标位置和姿态下各关节的转角以及各关节转角对应的关节位置；A3）以虚拟安全墙作为约束条件，筛选关节转角，以机器人为参考，若所有筛选出的关节转角对应的关节位置均在停止区域内，则结束，否则转至步骤A4；A4）在当前位置与目标位置之间按一定步长进行插补，得到插补点位置；A5）在每个插补点位置，重复步骤A2和A3，获取机器人在工作空间内的运动轨迹；A6）将运动轨迹发送到机器人，控制机器人完成作业。一种带电作业机器人安全工作空间限定系统，包括，环境模型构建模块：基于采集的机器人作业环境数据，构建环境模型；识别定位模块：对环境模型中的带电体进行识别和定位；虚拟安全墙设定模块：根据识别和定位结果，设定带电体和机器人之间的虚拟安全墙；控制模块：采用机器人运动学算法将机器人运动限制在安全墙内。一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行带电作业机器人安全工作空间限定方法。一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行带电作业机器人安全工作空间限定方法的指令。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术对实时环境进行建模，对模型中的带电体进行识别和定位，基于识别和定位结果设定虚拟安全墙，将机器人运动限制在安全墙内，对环境的依赖程度不高，可应用到动态变化的环境中。附图说明图1为本专利技术方法的流程图；图2为机器人作业环境进行扫描建模的示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，包括以下步骤：步骤1，构建虚拟安全墙设定标准库。对不同配网线路进行建模，确定各配网线路的虚拟安全墙设置位置和设置形式，虚拟安全墙设置位置和设置形式构成虚拟安全墙设定规则，构建虚拟安全墙设定标准库。步骤2，基于采集的机器人1作业环境数据，构建环境模型。参见图2，在机器人1到达预定工作位置后，可利用激光雷达2采集作业环境的点云数据，将点云坐标统一到以机器人1基坐标系为基准的世界坐标系下，构建环境模型。步骤3，对环境模型中的带电体进行识别和定位，其中带电体包括导线3和绝缘子4。利用预训练的深度学习模型，对环境模型中的带电体进行匹配；响应于匹配结果为导线3，对导线3进行拟合，求取中心线位置和方向，中心线位置和方向作为导线3定位结果；响应于匹配结果为绝缘子4，使用框体包围绝缘子4，求取框体空间坐标，框体空间坐标作为绝缘子4定位结果。步骤4，根据识别和定位结果，设定带电体和机器人1之间的虚拟安全墙。虚拟安全墙用于限定机器人1工作空间，而将带电体隔离于安全墙外，为充分保护机器人1安全，在带电体前设立两道安全墙，其中一道用于降低机器人1运动速度，另一道用于使机器人1停止运动，即虚拟安全墙将机器人1工作空间分为安全区域、缓冲区域和停止区域，其中安全墙以机器人臂的横截面的最大包络圆的半径进行划分，安全区域为远离带电体2倍半径区域，缓冲区域为远离带电体1.5倍至2倍半径区域，停止区域为靠近带电体1.5倍半径区域。虚拟安全墙设定的过程如下：1）基于带电体识别和定位结果，确定作业的配网线路类型；2）从虚拟安全墙设定标准库中，获取与配网线路类型匹配的虚拟安全墙设定规则；3）根据虚拟安全墙设定规则、带电体识别和定位结果，设定虚拟安全墙；设定虚拟安全墙可根据实际情况进行人为优化。步骤5，采用机器人1运动学算法将机器人1运动限制在安全墙内。具体过程如下：A1）建立机器人1运动学模型；A2）根据机器人运动学模型，求取给定目标位置和姿态下各关节的转角以及各关节转角对应的关节位置；A3）以虚拟安全墙作为约束条件，筛选关节转角，以机器人为参考，若所有筛选出的关节转角对应的关节位置均在停止区域内，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，其特征在于：包括，/n基于采集的机器人作业环境数据，构建环境模型；/n对环境模型中的带电体进行识别和定位；/n根据识别和定位结果，设定带电体和机器人之间的虚拟安全墙；/n采用机器人运动学算法将机器人运动限制在安全墙内。/n

【技术特征摘要】
1.一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，其特征在于：包括，
基于采集的机器人作业环境数据，构建环境模型；
对环境模型中的带电体进行识别和定位；
根据识别和定位结果，设定带电体和机器人之间的虚拟安全墙；
采用机器人运动学算法将机器人运动限制在安全墙内。


2.根据权利要求1所述的一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，其特征在于：构建环境模型的过程为，
采集的机器人作业环境的点云数据，将点云坐标统一到以机器人基坐标系为基准的世界坐标系下，构建环境模型。


3.根据权利要求1所述的一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，其特征在于：对环境模型中的带电体进行识别和定位的过程为，
利用预训练的深度学习模型，对环境模型中的带电体进行匹配；
响应于匹配结果为导线，对导线进行拟合，求取中心线位置和方向，中心线位置和方向作为导线定位结果；
响应于匹配结果为绝缘子，使用框体包围绝缘子，求取框体空间坐标，框体空间坐标作为绝缘子定位结果。


4.根据权利要求1所述的一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，其特征在于：设定带电体和机器人之间虚拟安全墙的过程为，
基于带电体识别和定位结果，确定作业的配网线路类型；
获取与配网线路类型匹配的虚拟安全墙设定规则；
根据虚拟安全墙设定规则、带电体识别和定位结果，设定虚拟安全墙。


5.根据权利要求4所述的一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，其特征在于：对不同配网线路进行建模，确定各配网线路的虚拟安全墙设置位置和设置形式，虚拟安全墙设置位置和设置形式构成虚拟安全墙设定规则。


6.根据权利要求1所述的一种带电作业机器人安全工作空间限定方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄国方，陈向志，甘志坚，张静，刘晓铭，单超，王文政，谢芬，郝永奇，廖志勇，陆盛资，杨浩胜，谢永麟，彭奕，汤济民，周兴俊，杨明鑫，吴嵩青，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32