到的三维点云信息实时计算当前感兴趣 目标的移动。在本发明中，移动目标的跟踪采用颜色信息融合技术，对水平投影直方图及垂 直投影直方图的匹配计算实现。
[0059] 数据处理中心3 :主要处理获得的三维点云信息，利用三维点云信息数据跟踪出 机械臂移动的位置及需要拆卸和安装的跌落开关7的位置，可利用一台高性能计算机作为 数据处理中心。
[0060] 所述数据处理中心3与机械臂控制单元2、激光定位模块4、目标跟踪模块5分别 连接，激光定位模块4与目标跟踪模块5连接。
[0061] 机器人控制单元1接收数据处理中心3的数据，向机械臂控制单元2发送控制信 号，使得机械臂控制单元2控制机械臂8进行移动，通过机械臂8前端激光定位模块4采集 三维点云信息并传送至数据处理中心3,并利用这些三维点云信息通过目标跟踪模块5对 当前感兴趣目标进行跟踪。
[0062] 带有标识信息的螺栓9 :如图3到图5所示，为方便对机械臂8夹取的带有标识信 息的螺栓9进行跟踪及便于将带有标识信息的螺栓9深入到螺栓孔径中，本发明中将带有 标识信息的螺栓9的外形进行改进。将螺栓的顶端加工成锥形，在标记色之间添加螺纹的 纹理信息。纹理信息可以是通过颜色标记的粗细不等的条纹信息，或者其他通过颜色标记 的纹理信息，比如红色标记的网格纹理等。
[0063] 基于激光技术的线路跌落开关自动更换控制系统的控制方法，包括跌落开关拆卸 部分和跌落开关安装部分；
[0064] 跌落开关拆卸控制方法为：
[0065] 步骤一：激光定位模块4获取三维点云信息。
[0066] 步骤二：确定机械臂8、设备抓取位置、带有标识信息的螺栓9拆卸位置在双目视 觉图像中的位置。
[0067] 步骤三：利用激光定位模块4确定机械臂8、设备抓取位置、带有标识信息的螺栓9 拆卸位置的三维坐标，同时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。
[0068] 步骤四：根据移动向量控制机械臂8的移动，拆卸带有标识信息的螺栓9。
[0069] 跌落开关安装控制方法为：
[0070] 步骤一：确定待安装设备的抓取位置、带有标识信息的螺栓9的顶端及尾端的三 维坐标；
[0071] 步骤二：计算夹取设备机械臂8的移动向量，控制机械臂8移动。在移动过程中， 实时跟踪设备当前的三维坐标，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。
[0072] 步骤三：计算夹取螺栓机械臂8的移动向量，控制机械臂8移动。在移动过程中， 实时跟踪带有标识信息的螺栓9两端的三维坐标计算带有标识信息的螺栓9的位姿，通过 坐标相减计算当前的移动向量。根据最新计算结果控制机械臂8调整带有标识信息的螺栓 9位姿及移动方式，直至将带有标识信息的螺栓9移动到指定位置。
[0073] 步骤四：控制机械臂8将带有标识信息的螺栓9放入螺栓孔径中，安装设备。
[0074] 关于螺栓的位姿计算，实现方法如下：
[0075] 通过激光定位模块确定螺栓两端实际的三维坐标。利用如下公式可计算出螺栓的 位姿：
[0076]
[0077]
[0078]
[0079]
[0080] 其中（X1JpZ1)代表螺栓顶端的三维坐标，（x2, y2, Z2)代表螺栓尾端的三维坐标。 L代表根据螺栓的顶端及尾端求出的螺栓长度，α，β，γ分别代表螺栓相对于X、Y、Z三个 坐标轴正方向的偏角。
[0081] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种基于激光技术的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； 激光定位模块：用于获取机械臂前端的三维点云信息并将三维点云信息传送至数据处 理中心； 目标跟踪模块：用于利用获取的点云数据实时计算当前感兴趣目标的移动位置； 数据处理中心：用于对激光定位模块采集到的三维点云信息进行处理，根据三维点云 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数据处理中心和机械臂控制单元连接，所述数据处理中心 与激光定位模块、目标跟踪模块分别连接，所述激光定位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所述的基于激光技术的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添加螺纹的纹理信息。3. 如权利要求2所述的基于激光技术的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带有标识的螺栓两端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。4. 一种如权利要求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：激光定位模块获取三维点云信息；确定机械臂、设备 抓取位置以及螺栓拆卸位置的三维坐标，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。5. 如权利要求4所述的基于激光技术的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：激光定位模块获取三维点云信息； 步骤二：分别计算步机械臂、设备抓取位置以及螺栓拆卸位置的三维坐标，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； 步骤三：根据移动向量控制机械臂将螺栓脱离螺栓孔，拆卸设备。6. 如权利要求4所述的基于激光技术的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：通过激光定位模块确定待安装设备的抓取位置、螺栓的顶端及尾端的三维坐 标； 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，实时跟踪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，实时跟踪螺栓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。7. 如权利要求6所述的基于激光技术的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： 通过激光定位模块确定螺栓两端位置的三维坐标分别为（XpypzD、（x2,y2,z2)，根据 三维坐标及螺栓长度计算螺栓的位姿。8. 如权利要求7所述的基于激光技术的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：其中匕力七）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，a，0，y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】本发明公开了一种基于激光技术的线路跌落开关自动更换控制系统及方法，包括：机器人控制单元、机械臂控制单元、激光定位模块、目标跟踪模块、数据处理中心、机器人控制单元分别与数据处理中心和机械臂控制单元连接，所述数据处理中心与激光定位模块、目标跟踪模块分别连接，激光定位模块与目标跟踪模块连接，机械臂控制单元控制机器人机械臂完成更换跌落操作。本发明有益效果：利用本发明的控制系统及控制方法，可以实现自动精确控制机械臂更换高压输电线路中的跌落开关，利用目标跟踪模块跟踪定位带有标识信息的螺栓位置，进而控制机械臂准确的识别螺栓位置并通过旋进或旋出螺栓实现跌落开关的自动更换。
【IPC分类】B25J13/08, H02G1/02
【公开号】CN104942816
【申请号】CN201510208603
【发明人】鲁守银, 韩磊, 王振利, 慕世友, 任杰, 傅孟潮, 谭林, 李健, 吕曦晨, 赵亚博, 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9月30日
【申请日】2015年4月28日