一种应用于铁塔防腐的移动式机械臂的制作方法

本实用新型涉及机械臂定位领域，尤其是涉及一种应用于铁塔防腐的移动式机械臂。

背景技术：

高压电线铁塔防腐工程是延缓铁塔锈蚀，确保线路供电安全可靠的重要维护类工程。特别在珠江三角洲一带，天气为潮湿、高温、高盐气候，极容易对铁塔造成腐蚀。每年国家需要投入大量的人力、物力对高压线路铁塔进行维护，以确保线路供电的可靠性。全国范围内，当前高压铁塔的防腐方式主要由人工涂漆完成，而人工涂漆质量难以得到保证，平均防腐寿命仅3年左右。因此，每年的铁塔防腐工程量大、人员劳动密集，铁塔防腐又属于高空及不停电作业，施工过程中难以避免一些危险及铁塔防腐涂刷不彻底等安全质量问题。因此，在此种背景下，部分企业尝试用移动式机械臂代替人工完成铁塔表面喷漆的防腐作业，但是，由于移动式机械臂喷头定位可靠性较低，有必要研究一种新的定位方法解决移动式机械臂喷头定位困难的问题。

技术实现要素：

针对当前应用于铁塔防腐的移动式机械臂定位方法不足，本实用新型提出一种应用于铁塔防腐的移动式机械臂，该方法能够使机械臂末端喷头从任意位置自动定位到铁塔的指定点处，以便于机械臂根据既定控制律完成整个铁塔外表面的喷涂任务，此方法有效的降低了系统复杂度，节约成本。

一种应用于铁塔防腐的移动式机械臂，包括安装有液压伸缩杆的带电作业车，所述液压伸缩杆的活塞端固定安装有机械手，机械手包括机械臂、机械臂安装底座，控制机箱和控制模块，机械臂安装在机械臂安装底座上，机械臂安装底座安装在控制机箱上端，控制机箱安装在液压伸缩杆的活塞端，控制模块安装在控制机箱内，还包括喷头机构，喷头机构包括直面钢板连接件、距离接收模块、摄像头、喷头和图像处理模块，距离接收模块、摄像头、喷头朝着同一个水平方向安装在直面钢板连接件上，图像处理模块则安装在控制机箱内；所述距离接收模块获取指定点到距离接收模块的水平距离参数，并将该距离参数通过控制模块发送给图像处理模块，同时所述摄像头拍摄指定点的图像并发送给图像处理模块，图像处理模块接收到图像后计算图像中指定点到图像中心x方向与y方向的偏离距离，再通过将图像像素值代入图像处理模块接收的距离参数，计算出指定点的坐标值，最终将坐标值发送给控制模块，控制模块接收到坐标值后控制机械臂移动至指定点。

进一步的，所述直面钢板连接件上设有上、中、下三个安装位，距离接收模块、摄像头、喷头依次安装在上、中、下三个安装位上。

进一步的，所述摄像头、距离接收模块以及喷头的末端保持在同一垂直平面上。

进一步的，控制模块是型号为rc700的控制器。

进一步的，图像处理模块是型号为mdin325a的图像处理器。

进一步的，距离接收模块是型号为mse-lt150的激光测距传感器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过对图像分析获取移动式机械臂当前相对于指定点的三维坐标值，最终控制机械臂根据此三维坐标值实现定位到指定点的目的。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中机械臂与喷头机构的结构示意图。

图3是本实用新型中直面钢板连接件的结构示意图。

图4是本实用新型的模块连接图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～4，一种应用于铁塔防腐的移动式机械臂，包括安装有液压伸缩杆3的带电作业车2，所述液压伸缩杆3的活塞端固定安装有机械手10，机械手10包括机械臂11、机械臂安装底座12，控制机箱13和控制模块14，机械臂11安装在机械臂安装底座12上，机械臂安装底座12安装在控制机箱13上端，控制机箱13安装在液压伸缩杆3的活塞端，控制模块14安装在控制机箱13内，还包括喷头机构20，喷头机构20包括直面钢板连接件21、距离接收模块24、摄像头23、喷头22和图像处理模块25，距离接收模块24、摄像头23、喷头22朝着同一个水平方向安装在直面钢板连接件21上，图像处理模块25则安装在控制机箱13内；所述距离接收模块24获取指定点到距离接收模块24的水平距离参数，并将该距离参数通过控制模块14发送给图像处理模块25，同时所述摄像头23拍摄指定点的图像并发送给图像处理模块25，图像处理模块25接收到图像后计算图像中指定点到图像中心x方向与y方向的偏离距离，再通过将图像像素值代入图像处理模块25接收的距离参数，计算出指定点的坐标值，最终将坐标值发送给控制模块14，控制模块14接收到坐标值后控制机械臂11移动至指定点。

移动式机械臂11在进行铁塔1防腐作业开始时，为使喷头22定位到指定点并进一步完成铁塔1表面的全方位的防腐作业，需要获取机械臂11末端喷头22相对于铁塔1表面指定点的三维坐标值。此三维坐标的可以分成两部分求解，一部分是此坐标在铁塔1表面所在的平面投影坐标，此投影坐标记为(x,y)，另一部分则是机械臂11末端装置相对于此投影平面的高度值，记为z,那么，移动式机械臂11的初始定位坐标可记为(x,y,z)。移动式机械臂11可以根据此坐标值完成初始定位，然后根据既定控制律可完成铁塔1表面的全方位防腐作业。

进一步的，所述直面钢板连接件21上设有上、中、下三个安装位210，距离接收模块24、摄像头23、喷头22依次安装在上、中、下三个安装位210上。

进一步的，所述摄像头23、距离接收模块24以及喷头22的末端保持在同一垂直平面上。

进一步的，控制模块14是型号为rc700的控制器。

进一步的，图像处理模块25是型号为mdin325a的图像处理器。

进一步的，距离接收模块24是型号为mse-lt150的激光测距传感器。

工作原理：首先，在机械臂11末端加装一个直面钢板连接件21，在此连接件上装载摄像头23与测距传感器，使摄像头23、激光测距传感器以及机器人的末端装置将保持在同一垂直平面上。然后，根据工程经验，将移动机械臂11作业车开到铁塔1正面并保持一定距离。最后，通过激光测距传感器获取机械臂11末端装置与铁塔1外表面的水平距离，此距离参数记为z。

紧接着，在机械臂11进行作业之前，通过控制摄像头23拍照获取当前的铁塔1表面样图。然后通过图像处理器对图像进行预处理、特征提取、像素坐标求解。

对处理后的图像进行指定点(k型点)提取。pij是待检测的点，x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8是它的八邻域，沿顺时针方向排列。r1、r2，....r8是细化后图像在x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7，x8处的灰度。如果pij是k型点，则它的八邻域满足(1)：

与该点同y值的任意其他点均为1，记作：上式中m为图片y轴的像素点个数。

通过图像提取铁塔1表面k型点，并计算出k型点距离中心点的的x轴、y轴像素值，记为kp＝[px，py]

根据相机成像原理，通过物距w、像距v、目标尺寸u、影像尺寸q的关系得到目标尺寸，公式为(2)：

为了得到像距v，首先对摄像头23像距进行标定实验。具体的过程是：保持摄像头23的各项参数不变，选择一个正方体作为实验目标物体，测量出实验目标物的直径u(目标尺寸)；将摄像头23的镜头与实验目标物放置在同一水平面上，并使二者的距离物距保持为w；将摄像头23所获得的实验目标物体的图像通过图像处理软件处理得到实验目标物的影像尺寸q，再代入上述公式得到像距v。

将计算得到的[px，py]代入公式(2)可得以k型点为坐标原点的机械臂11在铁塔1表面的投影坐标进一步，计算出喷头22位置相对于铁塔1表面k型点的实际三维坐标值g为：[xk，yk-d1，z]。

将上一步得到的g的三维坐标值输入移动式机械臂11控制器，使机械臂11移动到k型点处，实现了移动式机械臂11在防腐作业之前保证末端喷头22可从任意位置移动到铁塔1“k型点”位置的目的。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。