一种用于电流互感器带电校准的机械臂控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于电流互感器带电校准的机械臂控制方法和系统，其中所述方法包括采集待校准电流互感器所在的强电柜的图像信号，以及获取机械臂与所述强电柜之间的深度信息；根据预先建立的最优目标检测模型对所述图像信号进行检测，确定待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息；根据待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息和所述深度信息确定机械臂的位姿轨迹；根据所述位姿轨迹生成机械臂控制信号；根据所述机械臂控制信号生成驱动信号；根据所述驱动信号驱动机械臂进行位置偏移，使机械臂前端的绝缘夹定位至待校准电流互感器所对应的母排。所述方法和系统有力的支撑了校准作业人员与强电隔离的间接作业方式，保证了作业人员安全。保证了作业人员安全。保证了作业人员安全。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电流互感器带电校准的机械臂控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及机械臂领域,并且更具体地，涉及一种用于电流互感器带电校准的机械臂控制方法及系统。

技术介绍

[0002]在电力运检领域，与停电作业相比，带电作业既可显著缩短检修时间，也可减少备用设备和线路的建设。目前带电作业在输电线路等运检场景已有较多应用，并伴随产生了多种带电作业工器具，如传统地佩戴绝缘手套、用绝缘杆进行搭接测试；机械人作业是目前电力各专业带电作业的主要途径之一，主要研究工作集中在液压机械臂、主从控制、双臂协同等技术方向，其中适应不同场景的自动定位及控制是研究重点与难点。对于如何采用机器人作业实现对在运低压电流互感器的计量性能定量考核，目前还没有成熟的技术。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术中缺少采用机器人作业实现对在运低压电流互感器的计量性能考核的技术这一问题，本专利技术提供一种用于电流互感器带电校准的机械臂控制方法及系统。
[0004]根据本专利技术的一方面，本专利技术提供一种用于电流互感器带电校准的机械臂控制方法，所述方法包括：采集待校准电流互感器所在的强电柜的图像信号，以及获取机械臂与待校准电流互感器所在的强电柜之间的深度信息；根据预先建立的最优目标检测模型对所述图像信号进行检测，确定待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息；根据待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息和所述深度信息确定机械臂的位姿轨迹；根据所述位姿轨迹生成机械臂控制信号；根据所述机械臂控制信号生成驱动信号；根据所述驱动信号驱动机械臂进行位置偏移，使机械臂前端的绝缘夹定位至待校准电流互感器所对应的母排，其中，所述绝缘夹与用于电流互感器带电校准的装置电连接。
[0005]进一步地，在采集待校准电流互感器所在的强电柜的图像信号之前包括建立最优目标检测模型，具体地：步骤11、建立目标检测模型的网络结构，所述网络结构包括：矩阵分割层，用于将所述图像信号经过预处理后生成的矩阵进行分割，生成特征提取矩阵；第一特征提取层，用于对所述特征提取矩阵进行特征提取，生成第一特征图；通道注意力模块，其与第一特征提取层连接，用于确定第一特征图中需要重点关注的内容；
第二特征提取层，其与第一特征提取层和通道注意力模块连接，用于对第二特征图进行特征提取，生成第三特征图，其中，所述第二特征图根据第一特征图和第一特征图中需要重点关注的内容生成；第三特征提取层，其与第二特征提取层连接，用于对第三特征图进行特征提取，生成第四特征图；第四特征提取层，其与第三特征提取层连接，用于对第四特征图进行特征提取，生成第五特征图；空间注意力模块，其与第四特征提取层连接，用于确定第五特征图中需要重点关注的位置；第一结果模块，其与第四特征提取层和空间注意力模块连接，包括第一卷积块，第一卷积结构和第一卷积层，用于根据第六特征图输出所述图像信号的第一目标检测结果和第七特征图，其中，所述第六特征图根据第五特征图和第五特征图中需要重点关注的位置生成，所述第七特征图是第一卷积块对第六特征图进行处理得到的输出，所述第一目标检测结果是小目标的检测结果，所述最优目标检测模型检测的目标按照其与机械臂的距离远近划分为小目标，中目标和大目标，目标与机械臂的距离远近用深度信息表示；第一辅助模块，其与第一结果模块的第一卷积块连接，用于根据第七特征图生成第一辅助结果；第二结果模块，其与第一辅助模块和第三特征提取层连接，包括第二卷积块，第二卷积结构和第二卷积层，用于根据第四特征图和第一辅助结果输出所述图像信号的第二目标检测结果和第八特征图，其中，所述第二目标检测结果是中目标的检测结果，所述第八特征图是第二卷积块对第四特征图和第一辅助结果进行处理得到的输出；第二辅助模块，其与第二结果模块的第二卷积块连接，用于根据第八特征图生成第二辅助结果；第三结果模块，其与第二辅助模块、第一特征提取层和通道注意力模块连接，用于根据第二特征图和第二辅助结果输出所述图像信号的第三目标检测结果，其中，所述第三目标检测结果是大目标的检测结果；步骤12、在各类带电作业场景中收集用于生成目标检测模型的图像数据集，并根据作业需求对图像数据中包含的各类特定物品进行人工标注，生成数据样本集；步骤13、对所述数据样本集进行划分，生成训练样本集、测试样本集和验证样本集；步骤14、基于所述目标检测模型的网络结构，以及数据样本集中的训练样本集、测试样本集和验证样本集生成最优目标检测模型。
[0006]进一步地，根据预先建立的最优目标检测模型对所述图像信号进行检测，确定待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息包括：将所述图像信号转换为矩阵输入最优目标检测模型；最优目标检测模型输出第一目标检测结果，第二目标检测结果和第三目标检测结果；根据所述深度信息确定待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息为第一目标检测结果，第二目标检测结果和第三目标检测结果中的一个。
[0007]进一步地，根据待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息和所述深度信息确定机械臂的位姿轨迹包括：根据待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息和所述深度信息确定待校准电流互感器所对应的母排在世界坐标系中的世界坐标；基于待校准电流互感器所对应的母排的世界坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系，根据待校准电流互感器所对应的母排在世界坐标系中的世界坐标确定待校准电流互感器所对应的母排在机械臂坐标系中的坐标；根据待校准电流互感器所对应的母排在机械臂坐标系中的坐标，通过笛卡尔空间轨迹规划确定机械臂的各关节角度、速度、加速度的时间序列构成的位姿轨迹。
[0008]进一步地，基于待校准电流互感器所对应的母排的世界坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系，根据待校准电流互感器所对应的母排在世界坐标系中的世界坐标确定待校准电流互感器所对应的母排在机械臂坐标系中的坐标，其中，所述转换关系的公式为：式中， 表示待校准电流互感器所对应的母排在机械臂坐标系中的坐标， 表示待校准电流互感器所对应的母排在世界坐标系中的世界坐标；R为旋转矩阵，T为机械臂距世界坐标系原点的平移量，R的具体公式如下:其中， 表示机械臂与世界坐标系x轴之间的夹角， 表示机械臂与世界坐标系y轴之间的夹角， 表示机械臂与世界坐标系z轴之间的夹角。
[0009]进一步地，根据所述位姿轨迹生成机械臂控制信号，包括：基于机械臂的内置控制算法，根据所述位姿轨迹自动生成机械臂控制信号；或者根据所述位姿轨迹远程输入机械臂控制信号。
[0010]进一步地，根据所述机械臂控制信号生成驱动信号，包括：步骤21、根据所述机械臂控制信号和反馈信号计算偏差和偏差变化率 ，其中，所述反馈信号 是机械臂执行驱动信号而获取的信号， 为自然数， 的初始值为1， 等于，偏差和偏差变化率的计算公式为：
步骤22、根据所述偏差 和偏差变化率 ，采用PID控制算法生成驱动信号 ；步骤23、当所述驱动信号 使所述绝缘夹定位至待校准电流互感器所对应的母排时，停止生成反馈信号，当所述驱动信号使所述绝缘夹未定位至待校准电流互感器所对应的母排时，生成反馈信号 ，令，返回步骤21。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电流互感器带电校准的机械臂控制方法，其特征在于，所述方法包括：采集待校准电流互感器所在的强电柜的图像信号，以及获取机械臂与待校准电流互感器所在的强电柜之间的深度信息；根据预先建立的最优目标检测模型对所述图像信号进行检测，确定待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息；根据待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息和所述深度信息确定机械臂的位姿轨迹；根据所述位姿轨迹生成机械臂控制信号；根据所述机械臂控制信号生成驱动信号；根据所述驱动信号驱动机械臂进行位置偏移，使机械臂前端的绝缘夹定位至待校准电流互感器所对应的母排，其中，所述绝缘夹与用于电流互感器带电校准的装置电连接。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在采集待校准电流互感器所在的强电柜的图像信号之前包括建立最优目标检测模型，具体地：步骤11、建立目标检测模型的网络结构，所述网络结构包括：矩阵分割层，用于将所述图像信号经过预处理后生成的矩阵进行分割，生成特征提取矩阵；第一特征提取层，用于对所述特征提取矩阵进行特征提取，生成第一特征图；通道注意力模块，其与第一特征提取层连接，用于确定第一特征图中需要重点关注的内容；第二特征提取层，其与第一特征提取层和通道注意力模块连接，用于对第二特征图进行特征提取，生成第三特征图，其中，所述第二特征图根据第一特征图和第一特征图中需要重点关注的内容生成；第三特征提取层，其与第二特征提取层连接，用于对第三特征图进行特征提取，生成第四特征图；第四特征提取层，其与第三特征提取层连接，用于对第四特征图进行特征提取，生成第五特征图；空间注意力模块，其与第四特征提取层连接，用于确定第五特征图中需要重点关注的位置；第一结果模块，其与第四特征提取层和空间注意力模块连接，包括第一卷积块，第一卷积结构和第一卷积层，用于根据第六特征图输出所述图像信号的第一目标检测结果和第七特征图，其中，所述第六特征图根据第五特征图和第五特征图中需要重点关注的位置生成，所述第七特征图是第一卷积块对第六特征图进行处理得到的输出，所述第一目标检测结果是小目标的检测结果，所述最优目标检测模型检测的目标按照其与机械臂的距离远近划分为小目标，中目标和大目标，目标与机械臂的距离远近用深度信息表示；第一辅助模块，其与第一结果模块的第一卷积块连接，用于根据第七特征图生成第一辅助结果；第二结果模块，其与第一辅助模块和第三特征提取层连接，包括第二卷积块，第二卷积结构和第二卷积层，用于根据第四特征图和第一辅助结果输出所述图像信号的第二目标检测结果和第八特征图，其中，所述第二目标检测结果是中目标的检测结果，所述第八特征图
是第二卷积块对第四特征图和第一辅助结果进行处理得到的输出；第二辅助模块，其与第二结果模块的第二卷积块连接，用于根据第八特征图生成第二辅助结果；第三结果模块，其与第二辅助模块、第一特征提取层和通道注意力模块连接，用于根据第二特征图和第二辅助结果输出所述图像信号的第三目标检测结果，其中，所述第三目标检测结果是大目标的检测结果；步骤12、在各类带电作业场景中收集用于生成目标检测模型的图像数据集，并根据作业需求对图像数据中包含的各类特定物品进行人工标注，生成数据样本集；步骤13、对所述数据样本集进行划分，生成训练样本集、测试样本集和验证样本集；步骤14、基于所述目标检测模型的网络结构，以及数据样本集中的训练样本集、测试样本集和验证样本集生成最优目标检测模型。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预先建立的最优目标检测模型对所述图像信号进行检测，确定待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息包括：将所述图像信号转换为矩阵输入最优目标检测模型；最优目标检测模型输出第一目标检测结果，第二目标检测结果和第三目标检测结果；根据所述深度信息确定待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息为第一目标检测结果，第二目标检测结果和第三目标检测结果中的一个。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息和所述深度信息确定机械臂的位姿轨迹包括：根据待校准电流互感器所对应的母排的平面位置信息和所述深度信息确定待校准电流互感器所对应的母排在世界坐标系中的世界坐标；基于待校准电流互感器所对应的母排的世界坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系，根据待校准电流互感器所对应的母排在世界坐标系中的世界坐标确定待校准电流互感器所对应的母排在机械臂坐标系中的坐标；根据待校准电流互感器所对应的母排在机械臂坐标系中的坐标，通过笛卡尔空间轨迹规划确定机械臂的各关节角度、速度、加速度的时间序列构成的位姿轨迹。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于待校准电流互感器所对应的母排的世界坐标系与机械臂坐标系之间的转换关系，根据待校准电流互感器所对应的母排在世界坐标系中的世界坐标确定待校准电流互感器所对应的母排在机械臂坐标系中的坐标，其中，所述转换关系的公式为：式中，
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表示待校准电流互感器所对应的母排在机械臂坐标系中的坐标， 表示待校准电流互感器所对应的母排在世界坐标系中的世界坐标；R为旋转矩阵，T为机械臂距世界坐标系原点的平移量，R的具体公式如下:
其中， 表示机械臂与世界坐标系x轴之间的夹角， 表示机械臂与世界坐标系y轴之间的夹角， 表示机械臂与世界坐标系z轴之间的夹角。6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述位姿轨迹生成机械臂控制信号，包括：基于机械臂的内置控制算法，根据所述位姿轨迹自动生成机械臂控制信号；或者根据所述位姿轨迹远程输入机械臂控制信号。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述机械臂控制信号生成驱动信号，包括：步骤21、根据所述机械臂控制信号 和反馈信号 计算偏差和偏差变化率 ，其中，所述反馈信号是机械臂执行驱动信号 而获取的信号， 为自然数， 的初始值为1， 等于 ，偏差 和偏差变化率的计算公式为：的计算公式为：步骤22、根据所述偏差 和偏差变化率，采用PID控制算法生成驱动信号 ；步骤23、当所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：金淼，周峰，雷民，殷小东，卢冰，张军，姜春阳，陈习文，王斯琪，王旭，齐聪，郭子娟，聂高宁，王欢，陈卓，周玮，汪泉，付济良，余雪芹，刘俊，朱赤丹，郭鹏，高克俭，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司武汉分院，
类型：发明
国别省市：