一种架空电线空间视觉定位模块及定位方法技术

本发明专利技术公开了一种架空电线空间视觉定位模块及定位方法，包括CCD相机、多部激光测量传感器以及控制单元，多个激光测量传感器分别位于所述CCD相机的两侧；控制单元包括控制器以及与所述控制器无线通信连接的控制平台，控制平台内设置有可分别驱使视觉定位模块旋转或在水平方向上移动的多个电机；通过CCD相机和激光测量传感器测量视觉定位模块与架空电线之间的位置关系，并通过控制平台内的电机驱动视觉定位模块的位置，精确测量定位架空电线的位置，使得作业工具能够找准电线的位置，避免损坏电线；另外，采用的CCD相机能够兼顾测量和监控，用途更广。用途更广。用途更广。

【技术实现步骤摘要】
一种架空电线空间视觉定位模块及定位方法


[0001]本专利技术涉及配电线路领域，特别涉及一种架空电线空间视觉定位模块及定位方法。

技术介绍

[0002]带电作业是指在高压电气设备上进行不停电检修、测试、改造、更换缺陷设备,以保证整个电网处于不停电状态；配电带电作业必须首先考虑到安全；配电设施密集，使带电作业人员的范围窄小，作业人员在有限的操作活动范围内作业，加上高电压的不可视性和作业人员在高处作业，作业人员经常会出现一些危险举动，很容易触及处于不同电位的其它电力设施；因此，若生产中安全措施不全面、作业方式不规范、工具使用不当时，便很容易发生单相接地、相间短路，乃至人身伤亡事故；因此采用先进的作业工机具，不但可以减轻作业人员的劳动强度，节省作业时间,而且对提高带电作业安全性起着很大的作用；现有技术中具有支撑多种功能拓展的带电作业机器人，但无法精确测量架空电线的位置，无法精准定位电线的位置就会导致机器人携带的作业工具无法正确的在电线上工作，因此需要设计一种架空电线空间视觉定位模块及定位方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种架空电线空间视觉定位模块及定位方法，可以解决
技术介绍
中所指出的问题。
[0004]一种架空电线空间视觉定位模块，包括CCD相机、多部激光测量传感器以及控制单元，多个激光测量传感器分别位于所述CCD相机的两侧；
[0005]控制单元包括控制器以及与所述控制器无线通信连接的控制平台，控制平台内设置有可分别驱使视觉定位模块旋转或在水平方向上移动的多个电机。
>[0006]一种通过架空电线空间视觉定位模块进行定位的定位方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一：视觉定位模块在预设空间位置通过CCD相机采集二维场景图像数据和空间坐标位置信息数据；
[0008]步骤二：对采集的二维场景图像数据进行图像处理并计算，以获得二维场景图像数据中架空电线的二维角度偏转信息；
[0009]步骤三：控制器根据步骤二中获取的架空电线的二维角度偏转信息驱动电机，让视觉定位模块旋转，以使得视觉定位模块拍摄水平方向与架空电线保持平行；
[0010]步骤四：再次采集二维场景图像数据和空间坐标信息数据，并按照步骤二中的图像处理方式获取拟合直线，并计算图像数据的中心坐标位置，通过拟合直线的纵向坐标与图像数据中心的纵向坐标之间的像素差值，计算出拟合直线与图像数据中心的纵向像素偏差，根据图像像素与电机脉冲比例关系换算电机脉冲步数，控制器驱动电机，让视觉定位模块径向移动，以使得视觉定位模块中心位置与架空电线的轴线重合；
[0011]步骤五：通过视觉定位模块上的两部激光测量传感器对架空电线进行测距，通过
任意两部激光测量传感器所测得测距差，计算出架空电线相对于视觉定位模块的轴向偏转角度，控制驱动电机，让视觉定位模块转动对应的偏转角度使得视觉定位模块与架空电线在侧视方向上平行。
[0012]较佳的，所述图像处理方式为：
[0013](1)将CCD相机采集的二维场景图像进行灰度处理，所采用的公式为：
[0014]gray＝0.39
×
R+0.5
×
G+0.11
×
B；
[0015](2)对灰度图像进行边缘检测处理，获取图像中架空电线的轮廓图，采用Sobel边缘检测算子：
[0016]先进行加权平均，再进行微分运算，算子的计算方法如下：
[0017]Δ
x
f(x,y)＝[f(x
‑
1,y+1)+2f(x,y+1)+f(x+1,y+1)]‑
[f(x
‑
1,y
‑
1)+2f(x,y
‑
1)+f(x+1,y
‑
1)]；
[0018]Δ
y
f(x,y)＝[f(x
‑
1,y
‑
1)+2f(x
‑
1,y)+f(x
‑
1,y+1)]‑
[f(x+1,y
‑
1)+2f(x+1,y)+f(x+1,y+1)]；
[0019]结合图像中像素的横向及纵向梯度近似值计算梯度大小：
[0020][0021](3)对架空电线运用霍夫变换进行特征提取，提取架空电线边线并拟合成一条直线，其中采用霍夫变换极坐标运算为：
[0022]r＝x cosθ+y sinθ；
[0023]其中，r表示极径；θ表示极角；
[0024](4)获取拟合直线两端端点P1(x1,y1)、P2(x2,y2)，计算拟合直线相对于视觉定位模块水平面的夹角α；计算角度α的公式为：
[0025]α＝tan
‑1[(y1
‑
y2)/(x1
‑
x2)]×
(180/π)。
[0026]较佳的，所述电机脉冲步数的计算公式为：
[0027]Pl＝P
I
/K；
[0028]其中，Pl为电机脉冲数；P
I
为拟合直线与中心坐标的纵向像素偏差值；K为图像像素与电机脉冲比例关系。
[0029]较佳的，所述架空电线相对于视觉定位模块的轴向偏转角度的计算方法为：
[0030]通过两部激光测量传感器中心轴线的间距以及两部激光测量传感器测量的视觉定位模块与架空电线之间的距离之差，利用反正切函数计算出架空电线相对于视觉定位模块的轴向偏转角度，其中计算公式为：
[0031]β＝tan
‑1((L2/L1)/D)
×
(180/π)；
[0032]其中，L1为激光测量传感器1号测量的视觉定位模块与架空电线的距离；
[0033]L2为激光测量传感器2号测量的视觉定位模块与架空电线的距离；
[0034]D为两部激光测量传感器中心轴线距离；
[0035]β为所求视觉定位模块与架空电线夹角距离；
[0036]π为圆周率。
[0037]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：CCD相机配合激光测量传感器能够精确测量定位架空电线的位置，矫正视觉定位模块与架空电线之间的位置关系，使得视觉定位模
块与架空电线平行；
[0038]视觉定位模块精确定位架空电线的位置后，便于引导带电作业机器人上的作业工具在电线上进行作业，防止作业工具因找不准电线的位置而无法进行正常作业的情况出现；
[0039]采用CCD相机，能够兼顾测量和监控，用途更多；
[0040]CCD相机速度快，一次动作能够测量多次。
附图说明
[0041]图1为本专利技术的视觉定位模块结构示意图；
[0042]图2为本专利技术的视觉定位模块的内部结构示意图；
[0043]图3为二维场景图像灰度处理后的示意图；
[0044]图4为sobel边缘检测示意图；
[0045]图5为霍夫变换极坐标图；
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种架空电线空间视觉定位模块，其特征在于，包括CCD相机、多部激光测量传感器以及控制单元，多个激光测量传感器分别位于所述CCD相机的两侧；控制单元包括控制器以及与所述控制器无线通信连接的控制平台，控制平台内设置有可分别驱使视觉定位模块旋转或在水平方向上移动的多个电机。2.一种通过权利要求1所述的架空电线空间视觉定位模块进行定位的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：视觉定位模块在预设空间位置通过CCD相机采集二维场景图像数据和空间坐标位置信息数据；步骤二：对采集的二维场景图像数据进行图像处理并计算，以获得二维场景图像数据中架空电线的二维角度偏转信息；步骤三：控制器根据步骤二中获取的架空电线的二维角度偏转信息驱动电机，让视觉定位模块旋转，以使得视觉定位模块拍摄水平方向与架空电线保持平行；步骤四：再次采集二维场景图像数据和空间坐标信息数据，并按照步骤二中的图像处理方式获取拟合直线，并计算图像数据的中心坐标位置，通过拟合直线的纵向坐标与图像数据中心的纵向坐标之间的像素差值，计算出拟合直线与图像数据中心的纵向像素偏差，根据图像像素与电机脉冲比例关系换算电机脉冲步数，控制器驱动电机，让视觉定位模块径向移动，以使得视觉定位模块中心位置与架空电线的轴线重合；步骤五：通过视觉定位模块上的两部激光测量传感器对架空电线进行测距，通过任意两部激光测量传感器所测得测距差，计算出架空电线相对于视觉定位模块的轴向偏转角度，控制驱动电机，让视觉定位模块转动对应的偏转角度使得视觉定位模块与架空电线在侧视方向上平行。3.如权利要求2所述的一种定位方法，其特征在于，所述图像处理方式为：(1)将CCD相机采集的二维场景图像进行灰度处理，所采用的公式为：gray＝0.39
×
R+0.5
×
G+0.11
×
B；(2)对灰度图像进行边缘检测处理，获取图像中架空电线的轮廓图，采用Sobel边缘检测算子：先进行加权平均，再进行微分运算，算子的计算方法如下：Δ
x
f(x，y)＝[f(x
‑
1，y+1)+2f(x，y+1)+f(x+1，y+1)]
‑
[f(x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：衣晓波，李孟超，
申请(专利权)人：南京汉启智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：