基于架空导线上的缺陷修复机器人的控制系统及方法与流程

本申请涉及电力设备维护领域，尤其涉及基于架空导线上的缺陷修复机器人的控制系统及方法。

背景技术：

机器人技术的快速发展,为高压输电线路的巡检与修复提供了新的途径。利用机器人辅助或代替人进行导线检测及修复作业,该方式由机器人间接作业，作业人员安全得到了保障；机器人结构紧凑，保证了足够的安全距离；机器人在作业时，只需要地面人员操作，效率大大提高。不仅保证了操作人员的人身安全,而且大大降低了劳动强度、提高劳动效率和操作的规范性,还可以做到全天候带电作业。

但是在使用机器人进行带电作业的过程中也存在一些不足，例如机器人对某部件进行准确定位过程中主要依靠操作者观察到图像(实时图像或者肉眼观察)来判断，机械手臂与导线之间的夹紧力缺乏反馈，容易造成带电操作精度低与安全性低。因此，提出了基于架空导线上的缺陷修复机器人的控制系统及方法。

技术实现要素：

本申请提供了基于架空导线上的缺陷修复机器人的控制系统及方法，以解决架空线路上的缺陷修复机器人工作时的操作精度低与安全性低的技术问题。

为了解决上述问题，本申请提供以下的技术方案：

基于架空导线上的缺陷修复机器人的控制系统，包括机械臂，其中：机械臂上设置有视觉定位装置，机械臂的内部设置有控制子系统，机械臂的末端设置有机械夹爪，视觉定位装置和机械夹爪分别与控制子系统通信连接；视觉定位装置包括两个摄像机，两个摄像机分别位于机械臂的两个不同位置；控制子系统包括控制器、压力传感器和力矩传感器，压力传感器和力矩传感器分别与控制器通信连接；机械夹爪包括驱动装置、传动装置和机械手指，传动装置的两端分别连接驱动装置和机械手指。

可选地，压力传感器设置于机械夹爪述机械手指的指尖和指根处。

可选地，力矩传感器设置于机械夹爪的机械手指的关节处。

可选地，机械臂与机械夹爪均为多自由度结构。

基于架空导线上的缺陷修复机器人的控制方法，控制方法包括：利用视觉定位装置获取机械臂的位置信息，并将位置信息传输给控制子系统；控制子系统根据位置信息驱动机械臂移动；当机械臂达到预定位置时，利用压力传感器和力矩传感器分别获取机械夹爪抓取导线时的实际压力数据和各个关节的实际力矩数据；控制子系统根据实际压力数据与标准压力数据、实际力矩数据与标准力矩数据，通过机械夹爪的驱动装置和传动装置控制机械手指活动。

可选地，利用视觉定位装置获取机械臂的位置信息，包括：利用机械臂上的两个摄像机分别获取机械臂位于不同方向的图像；两个图像分别进行立体匹配，得出机械臂的位置信息，其中，机械臂的位置信息为根据机械臂与预定目标的距离得出。

可选地，标准压力数据和所述标准力矩数据均通过实验获取。

可选地，实验过程包括：机械夹爪分别抓取不同型号导线，获取抓取不同型号导线的机械夹爪不损伤导线且不打滑时机械臂的标准压力数据和标准力矩数据。

有益效果：本申请提供了基于架空导线上的缺陷修复机器人的控制系统及方法，该控制系统包括机械臂，机械臂上设置有视觉定位装置，机械臂的内部设置有控制子系统，机械臂的末端设置有机械夹爪，视觉定位装置和机械夹爪分别与控制子系统通信连接。使用过程中，利用视觉定位装置获取机械臂的位置信息，并将位置信息传输给控制子系统。控制子系统根据位置信息驱动机械臂移动。当机械臂达到预定位置时，利用传感器获取机械夹爪抓取导线时的实际数据。控制子系统根据实际数据与标准数据，控制机械夹爪活动。为了准确的获取机械臂的位置信息，视觉定位装置包括两个摄像机，两个摄像机分别位于机械臂的两个不同位置。使用过程中，两个摄像机分别获取机械臂位于不同方向的图像，两个图像分别进行立体匹配，得出机械臂的位置信息。为了方便根据位置信息控制机械臂运动，控制子系统包括控制器、压力传感器和力矩传感器，压力传感器和力矩传感器分别与控制器通信连接。使用过程中，压力传感器获取的压力数据和力矩传感器获取的力矩数据，传输给控制器，控制器根据压力数据和力矩数据，控制机械臂活动。为了方便机械臂活动，机械夹爪包括驱动装置、传动装置和机械手指，传动装置的两端分别连接驱动装置和机械手指。使用过程中，控制器通过驱动装置驱动传动装置控制机械手指活动。本申请，利用视觉定位装置获取机械臂的位置信息，控制子系统根据位置信息控制机械臂运动到预定位置，并根据压力传感器和力矩传感器获取的数据，控制机械夹爪运动。本申请中，利用视觉定位装置的双目视觉定位技术能够实现机械臂的自主定位，避免了通过操作者观察到的图像来判断距离造成的误差，提高了机器人的作业精度和效率；同时控制子系统能根据机械夹爪上的传感器反馈的信息来引导机械夹爪的动作，实现了力和力矩的反馈，避免了人工引导操作过程中对力的大小未知造成的机械夹爪打滑或者力过大导致的导线损伤，提高了机器人的作业安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为申请提供的基于架空导线上的缺陷修复机器人的控制系统的结构示意图；

图2为申请提供的视觉定位装置的结构示意图；

图3为申请提供的控制子系统的结构示意图；

图4为申请提供的机械夹爪的结构示意图；

附图说明：1-视觉定位装置，2-控制子系统，3-机械夹爪，11-摄像机，21-控制器，22-压力传感器，23-力矩传感器，31-驱动装置，32-传动装置，33-机械手指。

具体实施方式

图1，为本申请提供的基于架空线路上的缺陷修复机器人的控制系统的结构示意图；图2，为本申请提供的视觉定位装置的结构示意图；图3，为本申请提供的控制子系统的结构示意图；图4，为本申请提供的机械夹爪的结构示意图；参见图1、2、3和4，可知，本申请提供了基于架空线路上的缺陷修复机器人的控制系统，该控制系统包括机械臂，机械臂上设置有视觉定位装置1，机械臂的内部设置有控制子系统2，机械臂的末端设置有机械夹爪3，视觉定位装置1和机械夹爪3分别与控制子系统2通信连接。使用过程中，利用视觉定位装置1获取机械臂的位置信息，并将位置信息传输给控制子系统2。控制子系统2根据位置信息驱动机械臂移动。当机械臂达到预定位置时，利用传感器获取机械夹爪3抓取导线时的实际数据。控制子系统2根据实际数据与标准数据，控制机械夹爪3活动。为了准确的获取机械臂的位置信息，视觉定位装置1包括两个摄像机11，两个摄像机11分别位于机械臂的两个不同位置。使用过程中，两个摄像机11分别获取机械臂位于不同方向的图像，两个图像分别进行立体匹配，得出机械臂的位置信息。为了方便根据位置信息控制机械臂运动，控制子系统2包括控制器21、压力传感器22和力矩传感器23，压力传感器22和力矩传感器23分别与控制器21通信连接。使用过程中，压力传感器22获取的压力数据和力矩传感器23获取的力矩数据，传输给控制器21，控制器21根据压力数据和力矩数据，控制机械臂活动。为了方便机械臂活动，机械夹爪3包括驱动装置31、传动装置32和机械手指33，传动装置32的两端分别连接驱动装置31和机械手指33。使用过程中，控制器21通过驱动装置31驱动传动装置32控制机械手指33活动。本申请，利用视觉定位装置1获取机械臂的位置信息，控制子系统2根据位置信息控制机械臂运动到预定位置，并根据压力传感器22和力矩传感器23获取的数据，控制机械夹爪3运动。本申请中，利用视觉定位装置1的双目视觉定位技术能够实现机械臂的自主定位，避免了通过操作者观察到的图像来判断距离造成的误差，提高了机器人的作业精度和效率；同时控制子系统2能根据机械夹爪3上的传感器反馈的信息来引导机械夹爪3的动作，实现了力和力矩的反馈，避免了人工引导操作过程中对力的大小未知造成的机械夹爪3打滑或者力过大导致的导线损伤，提高了机器人的作业安全性。

为了准确获取机械夹爪3的各个机械手指33的压力数据，本实施例中，压力传感器22设置于机械夹爪3述机械手指33的指尖和指根处。指尖和指根处的压力传感器22，采集机械夹爪3抓取导线时，机械手指33的压力数据。

为了准确获取机械夹爪3的各个关节的力矩数据，本实施例中，力矩传感器23设置于机械夹爪3的机械手指33的关节处。关节处的力矩传感器23，采集机械手指33各个关节的力矩数据，即机械手指33弯曲的角度大小。

为了全方为的活动机械臂和机械夹爪3，本实施例中，机械臂与机械夹爪3均为多自由度结构。使用过程中，多自由度结构的机械臂与机械夹爪3，机械夹爪3和机械臂以任意角度沿任意方向活动。

本申请除了提出了基于架空导线上的缺陷修复机器人的控制系统外，还提供了基于架空导线上的缺陷修复机器人的控制方法，控制方法包括：

s01：利用视觉定位装置获取机械臂的位置信息，并将位置信息传输给控制子系统。

s011：利用机械臂上的两个摄像机分别获取机械臂位于不同方向的图像。

s012：两个图像分别进行立体匹配，得出机械臂的位置信息，其中，机械臂的位置信息为根据机械臂与预定目标的距离得出。

s02：控制子系统根据位置信息驱动机械臂移动。

s03：当机械臂达到预定位置时，利用压力传感器和力矩传感器分别获取机械夹爪抓取导线时的实际压力数据和各个关节的实际力矩数据。

s04：控制子系统根据实际压力数据与标准压力数据、实际力矩数据与标准力矩数据，通过机械夹爪的驱动装置和传动装置控制机械手指活动。

标准压力数据和所述标准力矩数据均通过实验获取。

实验过程包括：机械夹爪分别抓取不同型号导线，获取抓取不同型号导线的机械夹爪不损伤导线且不打滑时机械臂的标准压力数据和标准力矩数据。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的实施方案后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未使用的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。