标的方法为：
[0039] 假设双目摄像机的成像平面与地面保持水平，点E为所述设备的一个组成点，则 点E的三维坐标为：
【主权项】
1. 一种高压线路跌落开关自动更换控制系统，其特征是，包括： 机器人控制单元：用于接收图像数据处理中心的数据并向机械臂控制单元发送控制命 令； 机械臂控制单元：用于控制机器人的机械臂通过旋紧或旋出带有标识的螺栓更换跌落 开关； 视觉模块：用于获取机械臂前端的图像并将图像传送至图像数据处理中心； 目标跟踪模块：用于利用获取的图像数据实时计算当前感兴趣目标的移动位置； 图像数据处理中心：用于对视觉模块采集到的图像进行处理，根据图像信息跟踪机械 臂移动的位置以及需要更换的跌落开关的位置； 所述机器人控制单元分别与图像数据处理中心和机械臂控制单元连接，所述图像数据 处理中心与视觉模块、目标跟踪模块分别连接，所述视觉模块与目标跟踪模块连接，所述机 械臂控制单元控制机器人机械臂完成更换跌落操作。
2. 如权利要求1所述的一种高压线路跌落开关自动更换控制系统，其特征是，所述视 觉模块包括：光轴交叉双目摄像机和图像采集卡； 光轴交叉双目摄像机设置在机械臂前端用于获取机械臂前端的图像以模拟人眼的双 目视觉功能，图像采集卡用于将双目摄像机输出的模拟信号转换成可运用计算机运算处理 的数字信号，所述图像采集卡至少为两通道。
3. 如权利要求1所述的一种高压线路跌落开关自动更换控制系统，其特征是，所述带 有标识的螺栓两端涂有醒目的标记色，在所述标记色之间添加螺纹的纹理信息。
4. 如权利要求3所述的一种高压线路跌落开关自动更换控制系统，其特征是，所述螺 纹的纹理信息为在所述标记色之间添加粗细及间隔不同的条纹，或其他具有颜色信息的纹 理。
5. -种如权利要求1所述的高压线路跌落开关自动更换控制系统的控制方法，其特征 是，包括跌落开关拆卸控制方法和跌落开关安装控制方法； 所述跌落开关拆卸控制方法为：视觉模块获取双目视觉图像，并对双目图像进行校正； 确定机械臂、设备抓取位置以及螺栓拆卸位置在双目视觉图像中的三维坐标，并计算出左、 右机械臂移动到设备抓取点、螺栓拆卸点的移动向量，根据移动向量控制机械臂移动，拆卸 螺栓； 所述跌落开关安装控制方法为：确定待安装设备的抓取位置、螺栓的顶端及尾端在双 目图像中的三维坐标，分别通过坐标相减计算夹取设备和夹取螺栓的机械臂的移动向量， 控制机械臂将螺栓放入螺栓孔径中，安装设备。
6. 如权利要求5所述的一种高压线路跌落开关自动更换控制系统的控制方法，其特征 是，所述跌落开关拆卸控制方法具体为： 步骤一：视觉模块获取双目视觉图像，分别标定左右摄像机，对双目视觉图像进行校 正； 步骤二：人工辅助确定机械臂、设备抓取位置、螺栓拆卸位置在双目视觉图像中的位 置； 步骤三：分别计算步骤二中确定的各个位置的三维坐标，通过坐标相减计算出左、右机 械臂移动到设备抓取点、螺栓拆卸点的移动向量； 步骤四：根据移动向量控制机械臂将螺栓脱离螺栓孔，拆卸设备。
7. 如权利要求5所述的一种高压线路跌落开关自动更换控制系统的控制方法，其特征 是，所述跌落开关安装控制方法具体为： 步骤一：人工辅助确定待安装设备的抓取位置、螺栓的顶端及尾端在双目图像中的位 置； 步骤二：计算夹取设备机械臂的移动向量，控制机械臂移动； 移动过程中，在双目视觉图像中实时跟踪设备的移动位置，并计算设备当前位置的 三维坐标，重新生成移动向量后引导机械臂的下一步移动方式，直至将设备移动到指定位 置； 步骤三：通过坐标相减计算夹取螺栓机械臂的移动向量，控制机械臂移动； 移动过程中，在双目图像中实时跟踪螺栓的位置，并计算螺栓两端当前位置的三维坐 标，根据螺栓两端的三维坐标计算螺栓当前的位姿及当前的移动向量；根据计算结果控制 机械臂不断调整螺栓位姿及移动方式，直至将螺栓移动到指定位置； 步骤四：控制机械臂将螺栓放入螺栓孔径中，安装设备。
8. 如权利要求6或7所述的一种高压线路跌落开关自动更换控制系统的控制方法，其 特征是，确定双目图像中相应设备位置的三维坐标的方法为： 假设双目摄像机的成像平面与地面保持水平，点E为所述设备的一个组成点，则点E的 三维坐标为：
其中，1为两个摄像头距离的一半，Sa为摄像机水平视角，W为摄像机水平分辨率，δ B 为摄像机垂直视角，H为摄像机垂直分辨率，（Xl，yl)、（x2，y2)分别为待测定点E在双目视 觉中成像的图像坐标，P为两个摄像机光轴线的夹角，S i、δ 2表示点E和光心的连线与光 轴线的夹角； 分别求取所述设备所有组成点的三维坐标，求取平均值，得到设备的最终三维坐标。
9. 如权利要求7所述的一种高压线路跌落开关自动更换控制系统的控制方法，其特征 是，所述步骤三中根据螺栓两端的三维坐标计算螺栓当前位姿的方法为： 根据螺栓两端的标记色，利用Camshift算法跟踪螺栓两端的位置，分别计算出螺栓两 端位置的三维坐标分别为（Xl，yi，Z1)、（x2, y2, Z2)，根据三维坐标及螺栓长度计算螺栓的位 姿。
10.如权利要求9所述的一种高压线路跌落开关自动更换控制系统的控制方法，其特 征是，所述根据三维坐标及螺栓长度计算螺栓的位姿的方法为：
其中（XuypZ1)为螺栓顶端的三维坐标，（x2, y2, z2)为螺栓尾端的三维坐标；L为螺栓 长度，α，β，γ分别为螺栓相对于X、Y、Z三个坐标轴正方向的偏角。
【专利摘要】本发明公开了一种高压线路跌落开关自动更换控制系统及控制方法，包括：机器人控制单元、机械臂控制单元、视觉模块、目标跟踪模块、图像数据处理中心；机器人控制单元分别与图像数据处理中心和机械臂控制单元连接，所述图像数据处理中心与视觉模块、目标跟踪模块分别连接，所述视觉模块与目标跟踪模块连接。本发明有益效果：通过将螺栓顶端设置成锥形，便于将螺栓顶端深入到螺栓孔，即使螺栓的定位存在几毫米的差别，仍能将螺栓深入到螺栓固定孔内，降低了将螺栓深入到螺栓孔的难度。通过在螺栓的两端增加颜色标记，可以在背景中突出螺栓，便于利用颜色信息跟踪出螺栓的位置，同时利用两边标记的颜色信息可确定出螺栓的长度。
【IPC分类】H02G1-02, B25J13-08, B23P19-06
【公开号】CN104858877
【申请号】CN201510209434
【发明人】王振利, 苏建军, 刘洪正, 慕世友, 任杰, 傅孟潮, 韩磊, 鲁守银, 李健, 谭林, 吕曦晨, 李建祥, 赵金龙, 陈强, 高郎宏
【申请人】国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院, 山东鲁能智能技术有限公司
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月28日