一种无人机回收输电线路作业机器人的控制方法与流程

本发明属于输电线路智能作业，具体涉及一种无人机回收输电线路作业机器人的控制方法。

背景技术：

1、输电线路作业机器人能够替代人工完成导线检测、附件检查、缺陷处理、带电辅助作业等任务。为提高机器人部署效率，可利用无人机将机器人投放至输电线路，并在任务完成后利用无人机对机器人进行回收。现有技术中部分方案关注无人机对机器人或载荷的运输、投放和上线控制，通过无人机吊挂系统建模、载荷抗摆控制、视觉伺服、接口对接和安全确认等方式提高机器人上线过程稳定性。也有方案提出用于机器人投取的机械装置，通过台面、导轨、电磁吸附或连接机构实现机器人投放或取回。

2、然而，机器人的回收过程与上线或投放过程存在本质差异。上线过程中，机器人通常由无人机承载并逐步转移至输电线路，无人机负载总体呈减小趋势；而回收过程中，机器人已经在线路上行走、骑跨、夹持或支撑，其行走机构、夹持机构、滑动支撑机构或履带机构与导线之间存在支撑接触，无人机需要逐步接管机器人重量，无人机负载总体呈增大趋势。

3、如果无人机在回收过程中直接提拉机器人，可能导致机器人姿态突变、行走机构卡滞、导线冲击增大、对接机构锁止失效或无人机负载突增。尤其是当机器人尚未完全脱离导线、但无人机已经开始承担部分重量时，若不能准确判断机器人是否仍具备恢复导线支撑能力、有效支撑接触点是否足够、各支撑接触点状态变化是否一致以及机器人姿态是否稳定，容易造成机器人局部提前脱线、局部卡滞、偏载悬吊或不可恢复脱线。

4、另一方面，输电线路作业机器人的结构形式差异较大。有的机器人能够在每个行走轮或夹持点布置压力传感器，有的机器人仅具备接触开关、电机电流检测、夹持机构状态反馈、惯性测量单元姿态检测或视觉识别能力。但如果回收控制方法必须依赖每个支撑点的精确支撑力，将降低工程适用范围，也可能导致现场实施困难。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的不足，提供一种无人机回收输电线路作业机器人的控制方法，能够兼容不同支撑状态检测配置的机器人，同时在机器人未完全脱离导线且仍由导线提供部分支撑的状态下，实现无人机端回收对接机构与机器人回收接口的安全预锁止，并通过可恢复未脱线支撑状态、预锁止稳定状态参考信息、继续整体提拉联锁条件和异常恢复验证共同控制机器人重量由导线向无人机转移的过程，从而避免直接提拉或简单分阶段提拉造成的机器人姿态突变、局部提前脱线、局部卡滞、对接机构受力突增、偏载悬吊或不可恢复脱线。

2、本发明提供了如下的技术方案：

3、提供一种无人机回收输电线路作业机器人的控制方法，包括以下步骤：

4、s1：获取输电线路作业机器人在导线上的支撑状态信息、无人机端回收对接机构的承载状态信息以及无人机端回收对接机构与机器人回收接口之间的相对位姿信息；

5、s2：根据机器人在导线上的支撑状态信息，实时判断机器人是否处于可恢复未脱线支撑状态，当机器人处于可恢复未脱线支撑状态时，基于获取的承载状态信息和相对位移信息，控制无人机端回收对接机构与机器人回收接口完成预锁止；

6、s3：获取机器人处于预锁止的稳定状态参考信息；

7、s4：控制无人机端以低速试提拉方式逐步增加承载拉力，并基于稳定状态参考信息，实时获取机器人在导线上的剩余支撑状态信息；

8、s5：基于剩余支撑状态信息，判断是否满足继续整体提拉联锁条件，若满足，控制无人机端回收对接机构执行无人机整体分阶段提拉，使机器人逐步进入半承载状态和全承载过渡状态；若不满足，则根据不满足项执行对应的预设控制动作，并在异常恢复验证通过后，返回步骤s3；

9、s6：在全承载过渡阶段，当剩余支撑状态信息满足脱线条件，则判定机器人完成脱线回收，并控制无人机携带机器人离开线路。

10、可选地，步骤s1中，所述输电线路作业机器人在导线上的支撑状态信息包括：机器人行走轮支撑力、轮组支撑力、夹持机构支撑力、滑动支撑机构支撑力、履带机构支撑力、行走机构电机电流、导线接触状态、有效支撑接触点数量、机器人姿态角、机器人夹持状态或视觉识别到的支撑接触状态中的一种或多种；

11、所述无人机端回收对接机构的承载状态信息包括：无人机端回收对接机构承载拉力、机构位移、锁止接触力、锁止电流、锁止位置信号、锁止确认信号或机构姿态信息中的一种或多种。

12、可选地，步骤s2中，所述可恢复未脱线支撑状态包括：单支撑接触状态、多支撑接触状态和多导线并行支撑接触状态中的一种；单支撑接触状态表示机器人通过一个有效支撑接触点与一根导线形成支撑；多支撑接触状态表示机器人通过两个或两个以上有效支撑接触点与一根导线形成支撑；多导线并行支撑接触状态表示机器人通过多个有效支撑接触点分别与两根或两根以上子导线形成支撑；

13、步骤s2中，所述实时判断机器人是否处于可恢复未脱线支撑状态，具体包括：识别机器人与导线的有效支撑接触点，判断机器人是否处于单支撑接触状态、多支撑接触状态和多导线并行支撑接触状态中的一种。

14、可选地，所述识别机器人与导线的有效支撑接触点，具体为：

15、当机器人配置支撑力检测单元时，针对机器人与导线的各支撑接触点，若其对应的支撑力状态、接触确认状态、支撑持续性、机器人姿态和恢复支撑能力均满足预设要求，则将当前支撑接触点作为有效支撑接触点；

16、当机器人未配置支撑力检测单元时，针对机器人与导线的各支撑接触点，若其对应的接触确认状态、行走机构电机电流、夹持机构状态、机器人姿态变化或视觉识别结果满足预设要求，则当前支撑接触点为有效支撑接触点。

17、可选地，步骤s3中，所述机器人处于预锁止的稳定状态参考信息包括：

18、处于预锁止状态下有效支撑接触点数量、各支撑接触点的接触确认状态、行走机构电机电流、夹持机构开合状态或夹持机构位置状态、机器人初始姿态角、无人机端回收对接机构预紧状态承载拉力和无人机端回收对接机构与机器人回收接口之间的相对位姿；

19、当机器人配置支撑力检测单元时，所述机器人处于预锁止的稳定状态参考信息还包括机器人对导线的初始总支撑力和各有效支撑接触点的初始支撑力。

20、可选地，步骤s4中，所述机器人在导线上的剩余支撑状态信息包括：机器人对导线的剩余支撑状态、当前有效支撑接触点数量、各支撑接触点的状态变化、机器人姿态和锁止状态；

21、所述剩余支撑状态包括：各有效支撑接触点的实时支撑力、各支撑接触点的接触确认状态、行走机构电机电流相对于稳定状态参考信息中的电机电流变化量、夹持机构状态相对于稳定状态参考信息中的夹持机构状态变化量、机器人姿态相对于稳定状态参考信息中的机器人姿态变化量以及视觉识别到的行走轮、轮组、夹持机构、滑动支撑机构或履带机构与导线之间的相对位置变化。

22、可选地，步骤s5中所述继续整体提拉联锁条件为：处于可恢复未脱线支撑状态、当前有效支撑接触点数量满足预设条件、机器人姿态稳定、无人机端回收对接机构保持锁止状态、剩余支撑状态未发生突变、各有效支撑接触点的支撑状态变化满足一致性。

23、可选地，所述各有效支撑接触点的支撑状态变化满足一致性的具体条件为：

24、当机器人配置支撑力检测单元时，获取各有效支撑接触点的实时支撑力，结合稳定状态参考信息中当前有效支撑点的初始支撑力计算减载比例，根据各有效支撑接触点减载比例与所有有效支撑点的平均减载比例的偏差计算有效减载不一致量：若有效减载不一致量超过设定阈值，则不满足一致性；

25、当机器人未配置支撑力检测单元时，根据各支撑接触点的接触确认状态变化时序、行走机构电机电流变化幅值、夹持机构状态变化、机器人姿态变化或视觉识别结果，判断各支撑接触点的支撑状态变化是否一致。

26、可选地，步骤s5的异常恢复验证为：判断机器人是否处于可恢复未脱线支撑状态、判断无人机端回收对接机构锁止状态是否仍满足预设要求、判断机器人姿态是否回到稳定阈值范围内和判断当前有效支撑接触点数量是否恢复至最小有效支撑接触点数量以上；步骤s5中预设控制动作包括：降低提拉速度、暂停提拉或调整提拉方向。

27、可选地，步骤s6中，所述脱线条件，包括：

28、各有效支撑接触点的支撑力均低于对应的脱线支撑力阈值，或者各有效支撑接触点的接触状态均由接触状态转为非接触状态；

29、各有效支撑接触点的支撑力下降过程或接触状态变化过程未出现单点提前突降、单点提前消失、单点滞后保持或单点卡滞；

30、机器人姿态角未超过姿态稳定阈值；

31、无人机端回收对接机构锁止状态满足承载要求；

32、上述条件连续满足预设采样周期。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、（1）本发明将机器人回收过程由直接提拉改为可恢复未脱线支撑状态下的预锁止、预锁止稳定状态参考信息获取、低速试提拉、继续整体提拉联锁和异常恢复验证，降低机器人姿态突变、行走机构卡滞和无人机负载突增风险；本发明不限定机器人的具体行走结构，可适用于单轮、两轮、多轮、轮组、夹持式、滑动式或履带式输电线路作业机器人；本发明采用预锁止稳定状态参考信息，不要求必须精确获取每个支撑点的支撑力，能够适应不同传感配置的机器人；本发明在任一联锁条件不满足时，不是简单停止，而是根据异常类型并通过异常恢复验证决定是否重新进入低速试提拉；本发明形成“可恢复未脱线支撑状态判断—预锁止稳定状态参考信息获取—继续整体提拉联锁—异常恢复验证”的闭环控制链条，能够降低现有单一对接、单一检测或单一分阶段提拉方法导致的局部提前脱线和不可恢复脱线风险；另外，本发明可以直接获取的传感信息和可执行的无人机动作形成回收控制流程，工程实现难度低，适合输电线路现场作业环境。

35、（2）本发明并非仅判断机器人是否接触导线，而是判断机器人是否仍具备异常时恢复导线支撑的能力，从而避免不可恢复脱线；本发明针对单台无人机只能实施整体提拉、不能分别控制各支撑点的实际特点，提出继续整体提拉联锁条件，使无人机只有在支撑状态、支撑点数量、支撑状态变化一致性、机器人姿态和锁止状态同时满足要求时才允许继续提拉。