一种绝缘子检测机器人跨串运动控制方法与流程

本发明属于机器人，具体涉及一种绝缘子检测机器人跨串运动控制方法。

背景技术：

1、绝缘子是连接在高压输电线和高压电塔之间，用来保证高压输电线和高压电塔绝缘的绝缘体，绝缘子串为多个绝缘子串接而成。瓷质绝缘子表面十分光滑，现有的绝缘子检测机器人在绝缘子串上运行时抓取位置定位精度要求高，无法保证稳定、高效的线上运动。因此提出一种新的能够在绝缘子串上稳定、高效的运动方法是绝缘子串检测机器人实现实用化的基础。

2、针对目前公开号为cn115542003a的一种输电线路耐张绝缘子检测机器人及其应用方法中提出的绝缘子检测机器人，由两个手爪及一个五自由度机械臂组成，具备较高的灵活性。当前特高压同塔同向瓷质绝缘子串大多采用多串布置。而目前还没有一个控制方法能稳定高效的控制该种绝缘子检测机器人进行跨串运动，影响了该绝缘子检测机器人的智能化应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种绝缘子检测机器人跨串运动控制方法，能是绝缘子检测机器人在绝缘子串上稳定高效的进行跨串运动，提高绝缘子检测机器人在同塔绝缘子串之间进行切换检测的能力，有效提高了绝缘子检测机器人的检测效率。

2、本发明提供一种绝缘子检测机器人跨串运动控制方法，包括以下步骤：

3、s1.对绝缘子检测机器人进行步态设计；

4、s2.采用3d点云匹配对绝缘子检测机器人跨串运动目标点定位；

5、s3.根据步骤s1得到的绝缘子检测机器人步态与步骤s2得到的绝缘子检测机器人跨串运动目标点定位，对绝缘子检测机器人跨串运动进行轨迹规划；

6、s4.根据步骤s3得到的绝缘子检测机器人跨串运动轨迹规划，完成绝缘子检测机器人跨串运动控制。

7、步骤s1所述绝缘子检测机器人包括手爪g1、手爪g2、绝缘子检测机器人活动关节；所述绝缘子检测机器人活动关节包括关节j1、关节j2、关节j3、关节j4和关节j5；手爪g1、关节j1、关节j2、关节j3、关节j4、关节j5和手爪g2通过机器人构件依次串联；

8、绝缘子检测机器人初始状态与其他步态相同，初始位置位于绝缘子串1上，绝缘子检测机器人从绝缘子串1到绝缘子串2的跨串运动步态设计包括以下步骤：

9、第一步，绝缘子检测机器人手爪g2保持夹紧状态，手爪g1松开并抬升至预备运动位置；

10、第二步，绝缘子检测机器人手爪g1向前运动一段距离使得手爪g1与手爪g2间距与绝缘子串间距相同；

11、第三步，绝缘子检测机器人关节j5扭转90°使得绝缘子检测机器人整体扭转90°，绝缘子检测机器人手爪g1从绝缘子串1上方转移到绝缘子串2上方，同时绝缘子检测机器人关节j1扭转90°，以保证手爪姿态与夹持绝缘子串2上的目标绝缘子时所需姿态相同；

12、第四步，绝缘子检测机器人手爪g1落到绝缘子串2的目标绝缘子上并夹紧，等待手爪g1夹紧完成后，手爪g2从绝缘子串1的绝缘子上松开并抬升至预备运动位置；

13、第五步，绝缘子检测机器人关节j1扭转90°使得绝缘子检测机器人整体扭转90°，绝缘子检测机器人手爪g2从绝缘子串1上方转移到绝缘子串2上方，同时绝缘子检测机器人关节j5扭转90°以保证手爪姿态与夹持绝缘子串2上的目标绝缘子时所需姿态相同，此时绝缘子检测机器人整体位于绝缘子串2上；

14、第六步，绝缘子检测机器人手爪g2运动到目标绝缘子的正上方的预备夹持位置后，下降到目标绝缘子上并夹紧；此时，绝缘子检测机器人整体转移到了相邻绝缘子串上且整体姿态与出发时基本相同，绝缘子检测机器人首尾方向调换，完成跨联运动。

15、在所述步态设计中，将绝缘子检测机器人关节j1、j5的运动与关节j2、j3、j4的运动分开，使绝缘子检测机器人整体运动解耦为x-o-y平面内的运动和单独绕z轴扭转的运动，提高绝缘子检测机器人运动过程的稳定性。

16、步骤s2包括以下步骤：

17、1.使用solidworks建立理想模型，并通过采用获得绝缘子的标准点云模板；

18、2.定位时通过绝缘子检测机器人上的深度相机获取点云数据；

19、3.对得到的点云数据进行欧式聚类，保留最大的两个点云聚类；保留的两个点云聚类为绝缘子检测机器人前方的两个绝缘子片的点云；

20、4.依次使用sac-ia粗配准与icp精配准，将步骤1得到的标准点云模板与步骤3得到的两个点云聚类进行配准，得到绝缘子片的位姿；

21、5.通过绝缘子检测机器人上的传感器获得机器人各构件位姿；

22、6.根据步骤4得到的绝缘子片位姿与步骤5得到的机器人各构件位姿，解算目标位置。

23、步骤s3具体为：使用高阶贝塞尔曲线来对绝缘子检测机器人进行路径规划；在轨迹规划中，在初始点与目标点之间设置差值区域，并设置若干个控制点，以控制点在竖直平面内坐标为优化变量，对夹爪的最优轨迹进行求解；

24、夹爪的轨迹满足以下条件：开始和结束时轨迹水平速度为零；任何时刻夹爪与绝缘子不存在干涉情况；轨迹不存在刚性冲击和柔性冲击；

25、跨串运动中，绝缘子检测机器人手爪姿态与初始出发姿态相同，始终保持正对绝缘子，保证避障效果；

26、本发明公开了一种绝缘子检测机器人跨串运动控制方法，通过五自由度机械臂与步态设计实现绝缘子检测机器人相邻并联绝缘子串之间简单高效的跨串运动。本发明方法通过目标点定位的方法，提高了绝缘子检测机器人的运动精度，提高了绝缘子检对同塔同相绝缘子串的检测效率。

技术特征：

1.一种绝缘子检测机器人跨串运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的绝缘子检测机器人跨串运动控制方法，其特征在于，步骤s1所述绝缘子检测机器人包括手爪g1、手爪g2、绝缘子检测机器人活动关节；所述绝缘子检测机器人活动关节包括关节j1、关节j2、关节j3、关节j4和关节j5；手爪g1、关节j1、关节j2、关节j3、关节j4、关节j5和手爪g2通过机器人构件依次串联。

3.根据权利要求2所述的绝缘子检测机器人跨串运动控制方法，其特征在于，绝缘子检测机器人初始状态与其他步态相同，初始位置位于绝缘子串1上，绝缘子检测机器人从绝缘子串1到绝缘子串2的跨串运动步态设计包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的绝缘子检测机器人跨串运动控制方法，其特征在于，在所述步态设计中，将绝缘子检测机器人关节j1、j5的运动与关节j2、j3、j4的运动分开，使绝缘子检测机器人整体运动解耦为x-o-y平面内的运动和单独绕z轴扭转的运动。

5.根据权利要求4所述的绝缘子检测机器人跨串运动控制方法，其特征在于，步骤s2包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的绝缘子检测机器人跨串运动控制方法，其特征在于，步骤s3具体为：使用高阶贝塞尔曲线来对绝缘子检测机器人进行路径规划；在轨迹规划中，在初始点与目标点之间设置差值区域，并设置若干个控制点，以控制点在竖直平面内坐标为优化变量，对夹爪的最优轨迹进行求解。

7.根据权利要求6所述的绝缘子检测机器人跨串运动控制方法，其特征在于，夹爪的轨迹满足以下条件：开始和结束时轨迹水平速度为零；任何时刻夹爪与绝缘子不存在干涉情况；轨迹不存在刚性冲击和柔性冲击。

8.根据权利要求7所述的绝缘子检测机器人跨串运动控制方法，其特征在于，跨串运动中，绝缘子检测机器人手爪姿态与初始出发姿态相同，始终保持正对绝缘子。

技术总结
本发明公开了一种绝缘子检测机器人跨串运动控制方法，包括以下步骤：对绝缘子检测机器人进行步态设计；采用3D点云匹配对绝缘子检测机器人跨串运动目标点定位；根据绝缘子检测机器人步态与绝缘子检测机器人跨串运动目标点定位，对绝缘子检测机器人跨串运动进行轨迹规划；根据绝缘子检测机器人跨串运动轨迹规划，完成绝缘子检测机器人跨串运动控制。本发明方法通过五自由度机械臂与步态设计实现绝缘子检测机器人相邻并联绝缘子串之间简单高效的跨串运动。本发明方法还通过目标点定位的方法，提高了绝缘子检测机器人的运动精度，提高了绝缘子检对同塔同相绝缘子串的检测效率。

技术研发人员：邹德华,毛盾,徐玉蓉,李化旭,申鹏,刘兰兰,李江,王振宇,李智慧,乔明明,梅文建,蒋智鹏
受保护的技术使用者：国网湖南省电力有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5