一种电力巡检机器人运行姿态的控制方法与流程

1.本发明涉及机器人研发技术领域，具体为一种电力巡检机器人运行姿态的控制方法。


背景技术：

2.随着社会的不断发展，电是不可或缺的。为保障变电站的安全生产和安全运行，因此需要对变电站进行日常巡检维护，现今普遍采用电力巡检机器人辅助或者代替工作人员对变电站的设备进行巡视检查，通过采集电力设备的运行状态信息，从而检测电力设备是否存在热缺陷、异物悬挂等异常现象，以保证电力生产的安全。
3.现有技术中，电力巡检机器人在巡检过程中容易受到风力、天气和其他一些不确定的外部因素的干扰，进而容易导致电力巡检机器人在巡检线路上发生安全事故。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种电力巡检机器人运行姿态的控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电力巡检机器人运行姿态的控制方法，包括以下步骤：
6.s1、获取电力巡检机器人当前工作区域的图像数据，并根据图像数据建立电力巡检机器人当前工作区域的空间坐标系模型；
7.s2、基于步骤s1中的空间坐标系模型，将电力巡检机器人的各关节位置对应到空间坐标系模型中；
8.s3、接收运行指令，并唤醒姿态交互指令，通过各关节旋转的角度θ获取电力巡检机器人的各关节的等效转角；
9.s4、基于步骤s3中得到等效转角获取电力巡检机器人的对应关节位置的运行姿态，并记录姿态参数，并将姿态参数以指令的形式进行交互反馈；
10.s5、基于步骤s4中反馈的姿态参数与预设的姿态参数进行对比，对比结果包括电力巡检机器人的姿态准确度和姿态重复度；
11.s6、根据步骤s5的对比结果，计算出反馈的姿态参数与预设的姿态参数存在的调整参数；
12.s7、电力巡检机器人通过预设基站发射的信号得到交互的调整参数；
13.s8、电力巡检机器人基于调整参数对运行姿态进行调整，形成电力巡检机器人的目标姿态；
14.s9、电力巡检机器人按照目标姿态在当前工作区域中进行目标作业。
15.进一步优化本技术方案，所述步骤s1中，空间坐标系模型为单一坐标系的模型或者包括固定坐标系和动坐标系在内多个坐标系的模型。
16.进一步优化本技术方案，所述步骤s3中，各关节旋转的角度θ在单一坐标系的模型
中时，各关节旋转的角度θ形成三个方向上的姿态矩阵，分别为绕x轴/y轴/z轴方向的姿态矩阵。
17.进一步优化本技术方案，所述的绕x轴/y轴/z轴方向的姿态矩阵如下所示：
18.(x轴方向)；
19.(y轴方向)；
20.(z轴方向)；
21.其中，在绕z轴方向的姿态矩阵中，矩阵左下角的sinθ没有负号。
22.进一步优化本技术方案，所述步骤s3中，各关节旋转的角度θ在多个坐标系的模型中时，姿态矩阵的计算方式包括以下具体内容：
23.在固定坐标系时，姿态矩阵按照从右向左的顺序依次相乘；
24.在动坐标系时，姿态矩阵按照从左向右的顺序依次相乘。
25.进一步优化本技术方案，所述姿态矩阵为正交矩阵，存在一个大小为1的特征值，对应于该特征值的特征向量的方向为等效转角α的方向，所述等效转角α的计算方式如下所示：
26.α＝arcos[2(trm-1)]
[0027]
其中，trm为矩阵m的迹。
[0028]
进一步优化本技术方案，所述步骤s5中，预设的姿态参数基于预设的滑模面方程、李雅普诺夫函数和预设指数趋近率进行参数的设置。
[0029]
进一步优化本技术方案，所述步骤s6中，所述调整参数基于pid控制器的pid算法进行对比计算得出，并将pid调整的参数交互给电力巡检机器人。
[0030]
进一步优化本技术方案，所述步骤s8中，电力巡检机器人对运行姿态进行调整时，根据调整参数控制电力巡检机器人对应的各关节的运行姿态，从而形成电力巡检机器人的目标姿态。
[0031]
进一步优化本技术方案，所述步骤s9中，所述的目标作业包括检测电力设备的热缺陷、异物悬挂以及设备参数的监测。
[0032]
与现有技术相比，本发明提供了一种电力巡检机器人运行姿态的控制方法，具备以下有益效果：
[0033]
该电力巡检机器人运行姿态的控制方法，通过获取各关节旋转的角度θ，依照姿态矩阵和公式计算出电力巡检机器人的各关节的等效转角，精准调整机器人的参数进行运行姿态的控制，能够有效增强电力巡检机器人在巡检运动过程中的灵活性，进而有效提升电力巡检机器人在巡检运动过程中的安全性能以及工作性能。
附图说明
[0034]
图1为本发明提出的一种电力巡检机器人运行姿态的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明的实施例，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0036]
实施例一：
[0037]
请参阅图1，一种电力巡检机器人运行姿态的控制方法，该电力巡检机器人运行姿态的控制方法，通过获取各关节旋转的角度θ，依照姿态矩阵和公式计算出电力巡检机器人的各关节的等效转角，精准调整机器人的参数进行运行姿态的控制，能够有效增强电力巡检机器人在巡检运动过程中的灵活性，进而有效提升电力巡检机器人在巡检运动过程中的安全性能以及工作性能，包括以下步骤：
[0038]
s1、获取电力巡检机器人当前工作区域的图像数据，并根据图像数据建立电力巡检机器人当前工作区域的空间坐标系模型。
[0039]
其中，空间坐标系模型为单一坐标系的模型。
[0040]
s2、基于步骤s1中的空间坐标系模型，将电力巡检机器人的各关节位置对应到空间坐标系模型中。
[0041]
s3、接收运行指令，并唤醒姿态交互指令，通过各关节旋转的角度θ获取电力巡检机器人的各关节的等效转角。
[0042]
其中，各关节旋转的角度θ在单一坐标系的模型中时，各关节旋转的角度θ形成三个方向上的姿态矩阵，分别为绕x轴/y轴/z轴方向的姿态矩阵。
[0043]
所述的绕x轴/y轴/z轴方向的姿态矩阵如下所示：
[0044]
(x轴方向)；
[0045]
(y轴方向)；
[0046]
(z轴方向)；
[0047]
其中，在绕z轴方向的姿态矩阵中，矩阵左下角的sinθ没有负号。
[0048]
所述姿态矩阵为正交矩阵，存在一个大小为1的特征值，对应于该特征值的特征向量的方向为等效转角α的方向，所述等效转角α的计算方式如下所示：
[0049]
α＝arcos[2(trm-1)]
[0050]
其中，trm为矩阵m的迹。
[0051]
s4、基于步骤s3中得到等效转角获取电力巡检机器人的对应关节位置的运行姿态，并记录姿态参数，并将姿态参数以指令的形式进行交互反馈。
[0052]
s5、基于步骤s4中反馈的姿态参数与预设的姿态参数进行对比，对比结果包括电力巡检机器人的姿态准确度和姿态重复度。
[0053]
进一步的，预设的姿态参数基于预设的滑模面方程、李雅普诺夫函数和预设指数趋近率进行参数的设置。
[0054]
s6、根据步骤s5的对比结果，计算出反馈的姿态参数与预设的姿态参数存在的调整参数，所述调整参数基于pid控制器的pid算法进行对比计算得出，并将pid调整的参数交互给电力巡检机器人。
[0055]
s7、电力巡检机器人通过预设基站发射的信号得到交互的调整参数。
[0056]
s8、电力巡检机器人基于调整参数对运行姿态进行调整，形成电力巡检机器人的目标姿态，电力巡检机器人对运行姿态进行调整时，根据调整参数控制电力巡检机器人对应的各关节的运行姿态，从而形成电力巡检机器人的目标姿态。
[0057]
s9、电力巡检机器人按照目标姿态在当前工作区域中进行目标作业，所述的目标作业包括检测电力设备的热缺陷、异物悬挂以及设备参数的监测。
[0058]
实施例二：
[0059]
一种电力巡检机器人运行姿态的控制方法，包括以下步骤：
[0060]
s1、获取电力巡检机器人当前工作区域的图像数据，并根据图像数据建立电力巡检机器人当前工作区域的空间坐标系模型。
[0061]
其中，空间坐标系模型为包括固定坐标系和动坐标系在内多个坐标系的模型。
[0062]
s2、基于步骤s1中的空间坐标系模型，将电力巡检机器人的各关节位置对应到空间坐标系模型中。
[0063]
s3、接收运行指令，并唤醒姿态交互指令，通过各关节旋转的角度θ获取电力巡检机器人的各关节的等效转角。
[0064]
进一步的，各关节旋转的角度θ在多个坐标系的模型中时，姿态矩阵的计算方式包括以下具体内容：
[0065]
在固定坐标系时，姿态矩阵按照从右向左的顺序依次相乘；
[0066]
在动坐标系时，姿态矩阵按照从左向右的顺序依次相乘。
[0067]
所述姿态矩阵为正交矩阵，存在一个大小为1的特征值，对应于该特征值的特征向量的方向为等效转角α的方向，所述等效转角α的计算方式如下所示：
[0068]
α＝ar cos[2(trm-1)]
[0069]
其中，trm为矩阵m的迹。
[0070]
s4、基于步骤s3中得到等效转角获取电力巡检机器人的对应关节位置的运行姿态，并记录姿态参数，并将姿态参数以指令的形式进行交互反馈。
[0071]
s5、基于步骤s4中反馈的姿态参数与预设的姿态参数进行对比，对比结果包括电力巡检机器人的姿态准确度和姿态重复度。
[0072]
进一步的，预设的姿态参数基于预设的滑模面方程、李雅普诺夫函数和预设指数趋近率进行参数的设置。
[0073]
s6、根据步骤s5的对比结果，计算出反馈的姿态参数与预设的姿态参数存在的调
整参数，所述调整参数基于pid控制器的pid算法进行对比计算得出，并将pid调整的参数交互给电力巡检机器人。
[0074]
s7、电力巡检机器人通过预设基站发射的信号得到交互的调整参数。
[0075]
s8、电力巡检机器人基于调整参数对运行姿态进行调整，形成电力巡检机器人的目标姿态，电力巡检机器人对运行姿态进行调整时，根据调整参数控制电力巡检机器人对应的各关节的运行姿态，从而形成电力巡检机器人的目标姿态。
[0076]
s9、电力巡检机器人按照目标姿态在当前工作区域中进行目标作业，所述的目标作业包括检测电力设备的热缺陷、异物悬挂以及设备参数的监测。
[0077]
本发明的有益效果是：
[0078]
该电力巡检机器人运行姿态的控制方法，通过获取各关节旋转的角度θ，依照姿态矩阵和公式计算出电力巡检机器人的各关节的等效转角，精准调整机器人的参数进行运行姿态的控制，能够有效增强电力巡检机器人在巡检运动过程中的灵活性，进而有效提升电力巡检机器人在巡检运动过程中的安全性能以及工作性能。
[0079]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0080]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。