【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电气设备，具体为一种变电站引流线作业机械臂抓取规划方法及系统。
技术介绍
1、变电站引流线路带电装拆作业是电力系统维护中经常遇到的工作。一方面引流线路长期不间断运行室外恶劣环境下，线路中的引流线夹及引流线易出现腐蚀、松动等情况，此时会引起线路局部温度升高，熔断线路等事故，需要带电拆除原有引流线并带电安装新引流线；另一方面当变电站中不同母线之间电力设备的定期检修，也需要带电拆接引流线路，保障地面设备检修过程的安全。成熟的变电站引流线带电装拆作业主要由人工进行，但是劳动强度大、工作效率低且作业危险系数高，不能满足智能变电站对检修作业的日益需求。
2、研究机器人代替人工进行变电站带电拆装引流线作业相关技术，可以很好地避免或减少人工作业危险性及劳动强度，提高智能变电站检修作业的自动化水平。引流线装拆作业工序较多，整个作业过程需要进行多次抓取，包括引流线抓取、母线抓取、紧固螺栓螺母抓取，必要时也需要对引流线线夹等金具进行抓取。因此，需要设计一种高效的机械臂抓取规划方法，提升引流线拆接作业效率，同时也要适应多种物体的抓取要求
技术实现思路
1、鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术解决的技术问题是：如何有效解决变电站引流线拆接机器人机械臂对物体的抓取问题。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种变电站引流线作业机械臂抓取规划方法，包括：基于机械臂的机械结构建立末端手爪点云模型，通过感知设备获得待抓取物体的
4、解耦点云模型的接触面法向量和接触点位置，利用法向量的统计直方图描述抓取姿态；
5、随机采样欧拉角并计算相应的旋转变换矩阵，在每一个旋转变换下，计算手爪法向量直方图与物体待抓取区域法向量直方图的匹配度，并对匹配度进行排名；
6、选择最高匹配度对应的旋转变换矩阵，对初始点云模型进行旋转变换，对点云模型进行下采样获取模型的体素网格；
7、基于快速傅里叶变换对手爪与引流线的体素网格进行互相关运算，由最大开合状态步进采样手爪的关节位置，基于快速傅里叶变换重复互相关运算，获取所有关节位置下的最大互相关值，根据所述最大互相关值来判断最佳抓取状态。
8、作为本专利技术所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法的一种优选方案，其中：所述建立末端手爪点云模型，包括，利用3d建模软创建机械臂末端手爪3d模型，并将其转换为点云数据；
9、所述获得待抓取物体的点云模型包括，将感知设备对准待抓取物体，进行扫描和拍摄，获取并根据物体的深度信息，生成待抓取物体的初步点云模型，再对其进行数据清洗和数据对其，形成待抓取物体的最终点云模型。
10、作为本专利技术所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法的一种优选方案，其中：所述描述抓取姿态包括，利用法向量的统计直方图描述抓取姿态，将原始笛卡尔坐标系下的法向量(nx,ny,nz)在球面坐标系进行表示
11、
12、作为本专利技术所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法的一种优选方案，其中：所述对匹配度进行排名包括，随机采样若干组欧拉角(αk,βk,γk)并计算相应的旋转变换矩阵rk，在每一个旋转变换下，计算手爪法向量直方图hg与引流线待抓取区域法向量直方图h0的匹配度hr(αk,βk,γk)，并对匹配度进行排名，
13、
14、约束：
15、其中表示对进行旋转变换。
16、作为本专利技术所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法的一种优选方案，其中：所述体素网格包括，利用接触点位置的体素网格控制手爪的抓取位置以及控制手爪的开合大小。
17、作为本专利技术所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法的一种优选方案，其中：所述互相关运算包括，基于快速傅里叶变换对接触区域位置的体素网格进行互相关运算，最大互相关位置(i,j,k)表示整个手爪需要调整的位置量，
18、
19、其中，vgo表示互相关结果，vg表示手爪接触区域位置的体素网格，vo表示待抓取物体的接触区域体素网格，表示进行互相关运算。
20、作为本专利技术所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法的一种优选方案，其中：所述判断最佳抓取状态包括，由最大开合状态步进采样手爪的关节位置，基于快速傅里叶变换重复互相关运算，选择最大互相关值下的关节位置即为最佳开合状态；人为给定阈值vthr，若vgo≥vthr，表明当前旋转变换、手爪位置、手爪关节位置为机械臂的最佳抓取状态，否则循环进行旋转变换、直方图匹配、互相关运算直到找到机械臂抓取状态和超出允许时间。
21、第二方面，本专利技术还提供了变电站引流线作业机械臂抓取规划系统，包括，点云模型建立模块：基于机械臂的机械结构建立末端手爪点云模型，通过感知设备获得待抓取物体的点云模型；
22、解耦与抓取姿态描述模块：解耦点云模型的接触面法向量和接触点位置，利用法向量的统计直方图描述抓取姿态，利用接触点位置控制手爪的抓取位置和控制手爪的开合大小；
23、旋转变换与匹配度计算模块：随机采样若干组欧拉角并计算相应的旋转变换矩阵，在每一个旋转变换下，计算手爪法向量直方图与物体待抓取区域法向量直方图的匹配度，并对匹配度进行排名；
24、旋转与下采样模块：选择最高匹配度对应的旋转变换矩阵，对初始点云模型进行旋转变换，对点云模型进行下采样获取模型的体素网格；
25、互相关运算与最佳抓取状态判定模块：基于快速傅里叶变换对手爪与引流线的体素网格进行互相关运算，由最大开合状态步进采样手爪的关节位置，基于快速傅里叶变换重复互相关运算，获取所有关节位置下的最大互相关值，根据所述最大互相关值来判断最佳抓取状态。
26、第三方面，本专利技术还提供了一种计算设备，包括：存储器和处理器；
27、所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述变电站引流线作业机械臂抓取规划方法的步骤。
28、第四方面，本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述变电站引流线作业机械臂抓取规划方法的步骤。
29、本专利技术的有益效果：本专利技术对点云模型进行解耦，分别对接触面的法向量和接触面的点位置进行匹配，能够简化匹配过程，提高抓取规划效率；本专利技术与传统机械臂抓取规划方法相比不依赖于待抓取物体的真实几何模型，只需要采集环境物体的点云数据，能够适应于引流线、金具、螺栓不同物体的抓取。
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1.一种变电站引流线作业机械臂抓取规划方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法，其特征在于：所述建立末端手爪点云模型，包括，利用3D建模软创建机械臂末端手爪3D模型，并将其转换为点云数据；
3.如权利要求2所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法，其特征在于：所述描述抓取姿态包括，利用法向量的统计直方图描述抓取姿态，将原始笛卡尔坐标系下的法向量(nx,ny,nz)在球面坐标系进行表示
4.如权利要求3所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法，其特征在于：所述对匹配度进行排名包括，随机采样若干组欧拉角(αk,βk,γk)并计算相应的旋转变换矩阵Rk，在每一个旋转变换下，计算手爪法向量直方图Hg与引流线待抓取区域法向量直方图H0的匹配度Hr(αk,βk,γk)，并对匹配度进行排名，
5.如权利要求4所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法，其特征在于：所述体素网格包括，利用接触点位置的体素网格控制手爪的抓取位置以及控制手爪的开合大小。
6.如权利要求5所述的变电站引流线作业机械臂抓取
7.如权利要求6所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法，其特征在于：所述判断最佳抓取状态包括，由最大开合状态步进采样手爪的关节位置，基于快速傅里叶变换重复互相关运算，选择最大互相关值下的关节位置即为最佳开合状态；人为给定阈值Vthr，若Vgo≥Vthr，表明当前旋转变换、手爪位置、手爪关节位置为机械臂的最佳抓取状态，否则循环进行旋转变换、直方图匹配、互相关运算直到找到机械臂抓取状态和超出允许时间。
8.一种采用如权利要求1～7任一所述方法的变电站引流线作业机械臂抓取规划系统，其特征在于，包括，
9.一种计算设备，包括：存储器和处理器；
10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种变电站引流线作业机械臂抓取规划方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法，其特征在于：所述建立末端手爪点云模型，包括，利用3d建模软创建机械臂末端手爪3d模型，并将其转换为点云数据；
3.如权利要求2所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法，其特征在于：所述描述抓取姿态包括，利用法向量的统计直方图描述抓取姿态，将原始笛卡尔坐标系下的法向量(nx,ny,nz)在球面坐标系进行表示
4.如权利要求3所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法，其特征在于：所述对匹配度进行排名包括，随机采样若干组欧拉角(αk,βk,γk)并计算相应的旋转变换矩阵rk，在每一个旋转变换下，计算手爪法向量直方图hg与引流线待抓取区域法向量直方图h0的匹配度hr(αk,βk,γk)，并对匹配度进行排名，
5.如权利要求4所述的变电站引流线作业机械臂抓取规划方法，其特征在于：所述体素网格包括，利用接触点位置的体素网格控制手爪的抓取位置以及控制手爪的开合大小。
【专利技术属性】
技术研发人员：张智华，王洪武，赵维谚，于虹，李俊鹏，陈康，李正文，杨润东，杨腾，张雯娟，郑瑞东，罗哲轩，杨长旺，姜立超，马大鹏，蒋洪涛，王雪涛，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司输电分公司，
类型：发明
国别省市：
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