输电线路水平瓷绝缘子RTV喷涂方法、系统及机器人与流程

本发明属于输电线路水平瓷绝缘子rtv（‌room temperature vulcanizingspraying‌，‌室温硫化硅橡胶喷涂工艺‌）喷涂，尤其涉及一种输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂方法、系统及机器人。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、绝缘子串长期暴露在户外环境中，容易受到污秽、腐蚀的影响，需要定期进行喷涂防污闪涂料。绝缘子串由多片伞裙堆叠而成，伞裙外缘向外倾斜、盘面具有弧度、根部向内收拢，对自动喷涂控制带来困难。

3、目前在自动喷涂绝缘子的过程中，现有的自动化喷涂设备喷嘴角度全程保持不变，无法适配伞裙曲面倾角变化，容易造成绝缘子串漏涂，不能全面涂覆绝缘子串；在当前作业区域喷涂结束后，rtv喷涂废料回收方案主要依靠人工控制启停，无法根据装置内漆雾浓度和户外环境变化调整工作状态，容易出现漆雾抽吸不彻底的情况，或过度抽吸造成设备空转、能耗浪费，自适应性较差。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂方法、系统及机器人，其能够在喷涂过程中通过实时感知绝缘子伞裙曲面法向倾角，动态求解最优喷嘴喷涂角度；在喷涂结束后自适应控制废料回收，提升绝缘子rtv喷涂漆雾回收精度与智能化水平，增强喷涂机器人野外作业稳定性与安全性。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供了一种输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂方法。

4、在一个或多个实施例中，提供了一种输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂方法，在主控制器内执行，主控制器与搭载在rtv喷涂机器人本体上的废料回收机构、喷涂机构及钢帽防护机构分别相连；rtv喷涂机器人本体初始骑跨放置于待喷涂的绝缘子串上方且位于初始端作业位置；所述输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂方法，包括：

5、机构初始准备步骤：控制废料回收机构展开而形成遮挡回收通道，同时控制钢帽防护机构下落，以包裹两个相邻绝缘子的钢帽；

6、动态跟随喷涂步骤：控制喷涂机构启动，在预设喷涂入射角约束条件下，根据自适应跟随伞裙曲面的喷嘴俯仰角及偏摆角，控制喷涂机构的喷嘴动态匹配绝缘子串曲面并对其进行全覆盖喷涂；

7、回收自适应控制步骤：当前位置绝缘子串曲面喷涂完成后控制喷涂机构停止，根据遮挡回收通道内的漆雾图像及全域漆雾质量浓度分别计算对应维度原始消散得分，再依次经遮挡回收通道内的温湿度补偿及加权融合得到漆雾消散总置信度，进而自适应控制回收机构，同时控制钢帽防护机构上升并脱离钢帽；

8、本体移动定位步骤：控制rtv喷涂机器人本体沿绝缘子串方向移动一个绝缘子高度的距离后停住定位，重复执行上述步骤，直至完成整串绝缘子的全部喷涂作业。

9、作为一种实施方式，基于预先构建的绝缘子伞裙曲面与喷嘴角度实时联动映射模型，将绝缘子伞裙曲面空间法向量与倾角信息实时映射为自适应跟随伞裙曲面的喷嘴俯仰角及偏摆角，所述绝缘子伞裙曲面与喷嘴角度实时联动映射模型为：

10、；

11、；

12、其中：和为实时映射的自适应跟随伞裙曲面的喷嘴俯仰角及偏摆角；为标准平面基准倾角；为伞裙曲面实时俯仰角；为伞裙曲面实时偏摆角；分别为喷嘴俯仰角及偏摆角的自适应调节系数；分别为基准零位喷嘴俯仰角和基准零位喷嘴偏摆角。

13、作为一种实施方式，输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂方法，还包括：利用一阶惯性滤波对自适应跟随伞裙曲面的喷嘴俯仰角及偏摆角进行动态滤波优化，其过程为：

14、；

15、；

16、其中，为滤波系数；和为时刻一阶惯性滤波后的喷嘴俯仰角度和喷嘴偏摆角度；和为时刻一阶惯性滤波后的喷嘴俯仰角度和喷嘴偏摆角度；和为实时映射的自适应跟随伞裙曲面的喷嘴俯仰角及偏摆角。

17、作为一种实施方式，根据遮挡回收通道内的漆雾图像计算对应维度原始消散得分，其过程为：

18、根据遮挡回收通道内的漆雾图像，区分rtv漆雾、白色水雾和瓷釉强光反光，根据像素饱和度和亮度来构建单像素漆雾特征指数并依此执行掩码屏蔽运算，统计整张掩码图像的平均漆雾特征值，归一化得到视觉原始消散得分。

19、作为一种实施方式，漆雾图像所对应的原始消散得分为：

20、；

21、；

22、其中，为平均漆雾特征值；为掩码区域内有效总像素数量；为防护罩内部有效像素坐标集合；为掩码处理后图像坐标位置的像素漆雾特征值；为满负荷喷涂饱和状态下标定的最大漆雾特征基准常数；为漆雾图像所对应的原始消散得分。

23、作为一种实施方式，根据全域漆雾质量浓度计算对应维度原始消散得分的过程为：

24、对遮挡回收通道内的初始全域漆雾质量浓度执行滤波处理，得到全域稳定漆雾质量浓度，再经归一化计算激光维度原始消散得分；其中，为全域稳定漆雾质量浓度；为饱和喷涂工况下标定的腔体最大漆雾质量浓度基准常数；为激光维度原始消散得分。

25、作为一种实施方式，所述废料回收机构还包括负压风机；依次经遮挡回收通道内的温湿度补偿及加权融合得到漆雾消散总置信度的过程为：

26、根据遮挡回收通道内的相对湿度及环境温度，分别计算湿度补偿系数及温度补偿系数，进而校正漆雾图像及全域漆雾质量浓度对应维度的原始消散得分；

27、基于负压风机启动时刻及当前实时负压吸力数据，构建权重负压耦合时序衰减修正模型，计算时序修正权重并依此分层加权融合校正后的原始消散得分，得到统一标准化的漆雾消散总置信度。

28、作为一种实施方式，漆雾消散总置信度为：

29、；

30、；

31、其中，为漆雾消散总置信度；和分别为视觉特征权重和全域激光颗粒物权重；和分别为校正后的漆雾图像及全域漆雾质量浓度对应维度的原始消散得分；为时序修正权重，取值0~1；为喷嘴关闭、负压风机同步启动的时间戳；为当前主控制器运算时刻；为rtv漆雾自然重力沉降固定标定系数；为负压风机实时抽吸吸力；为负压加速沉降修正系数。

32、作为一种实施方式，将漆雾消散总置信度以及连续两帧漆雾图像中任意一帧所对应的漆雾消散总置信度分别与预设阈值进行比较，自适应控制回收机构；若连续两帧漆雾图像中任意一帧所对应的漆雾消散总置信度小于预设阈值，判定遮挡回收通道内漆雾未完全抽吸干净，根据置信度差值自适应延长负压抽吸时长，延长时长计算公式：；

33、其中，为抽吸时长调节固定常数；为本次需要额外延长的负压抽吸时间；为预设阈值；为漆雾消散总置信度。

34、作为一种实施方式，在自适应控制回收机构之后，控制钢帽防护机构上升并脱离钢帽之前，还包括对当前作业区域的喷涂效果进行在线评估，其过程为：

35、获取多视角图像并进行标准化增强处理，得到增强后的四通道图像；

36、基于增强后的四通道图像和训练后的轻量化喷涂状态分割网络，得到喷涂状态概率矩阵和不确定性区域概率矩阵；其中，轻量化喷涂状态分割网络的构建过程包括：

37、基于增强后的四通道图像提取细节特征矩阵、语义上下文特征矩阵，并生成边界先验矩阵；将细节特征矩阵、语义上下文特征矩阵及边界先验矩阵进行自适应融合，得到融合特征矩阵；结合融合特征矩阵、边界先验矩阵和输出头得到喷涂状态概率矩阵、边界概率矩阵及不确定性区域概率矩阵；

38、建立绝缘子曲面展开坐标系，将多个视角下的喷涂状态概率矩阵和不确定区域概率矩阵分别映射至统一展开空间；根据视角角度权重、图像质量权重和模型不确定性权重，对多视角映射结果进行置信加权融合，得到统一展开空间下的融合喷涂状态概率图和融合不确定性图；

39、基于融合后的喷涂状态概率图和融合不确定性图，计算整体已喷涂覆盖率、整体漏喷率、异常喷涂比例和不确定区域比例，并输出喷涂效果评价结果和喷涂等级。

40、作为一种实施方式，基于增强后的四通道图像提取细节特征矩阵，包括：

41、对四通道输入进行浅层卷积映射，并将图像分辨率下采样至原图的二分之一，得到初始细节特征矩阵；

42、基于初始细节特征矩阵，同时提取细小漏喷边缘和喷涂纹理变化的多尺度细节特征；

43、将提取的多尺度细节特征进行通道拼接，得到多尺度融合细节特征矩阵；

44、将反光区域先验矩阵下采样至细节特征尺度，计算可靠性矩阵；

45、将多尺度融合细节特征矩阵与可靠性矩阵拼接，生成细节注意力矩阵；

46、结合细节注意力矩阵，对初始细节特征矩阵、多尺度融合细节特征矩阵及可靠性矩阵融合到最终的细节特征矩阵。

47、作为一种实施方式，基于增强后的四通道图像提取语义上下文特征矩阵，包括：

48、对四通道输入进行浅层卷积映射，并将图像分辨率下采样至原图的二分之一，得到初始语义特征矩阵；

49、基于倒残差模块，逐步降低空间分辨率得到下采样后的语义特征矩阵；

50、分别采用不同空洞率的深度卷积从下采样后的语义特征矩阵提取上下文特征得到多尺度的上下文特征；

51、将不同尺度的上下文特征进行拼接，并通过1×1卷积完成通道压缩和融合，得到多尺度上下融合特征矩阵；

52、对多尺度上下文特征矩阵进行全局平均池化，并通过轻量通道映射生成语义注意力向量；

53、基于语义注意力向量、多尺度上下融合特征矩阵和下采样后的语义特征矩阵得到最终的语义上下文特征矩阵。

54、作为一种实施方式，将细节特征矩阵、语义上下文特征矩阵及反光区域先验矩阵进行自适应融合，包括：

55、对语义上下文特征矩阵进行上采样，通过1×1卷积对上采样后的语义特征进行通道压缩，得到尺度和通道均与细节特征一致的语义特征矩阵；

56、分别采用不同空洞率的深度卷积从语义特征矩阵中提取多尺度语义特征，进行拼接融合后得到多尺度语义增强特征矩阵；

57、对多尺度语义增强特征矩阵进行全局平均池化，得到通道描述向量，基于通道描述向量生成通道注意力向量；

58、对多尺度语义增强特征矩阵沿通道方向分别进行平均池化和最大池化，得到平均响应矩阵和最大响应矩阵；

59、将平均响应矩阵、最大响应矩阵和边界先验矩阵进行拼接，生成边界引导的空间注意力矩阵；

60、基于通道注意力向量和空间注意力矩阵，对多尺度语义增强特征矩阵进行重标定，得到有效语义特征；

61、根据不同区域自适应选择细节特征或语义特征，构建门控融合矩阵；

62、结合门控融合矩阵、有效语义特征和细节特征矩阵得到融合特征矩阵。

63、作为一种实施方式，输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂方法，还包括：全流程作业状态检测与异常处置步骤，其包括：

64、分别获取机构初始准备步骤、动态跟随喷涂步骤、回收自适应控制步骤及本体移动定位步骤的rtv喷涂机器人运行状态参数，进而对各作业步骤阶段进行异常判定，以识别各阶段是否发生对应类型的运行异常；

65、当判定发生运行异常时，根据异常类型匹配并执行对应的自动处置动作；

66、在自动处置动作执行完毕后，重新获取对应的运行状态参数，以验证所述异常是否被消除；

67、若连续执行自动处置动作达到预设次数后，所述异常仍未消除，则触发停机告警并切换至人工干预模式。

68、本发明的第二个方面提供了一种输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂系统。

69、在一个或多个实施例中，一种输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂系统，包括：

70、机构初始准备模块，其用于：控制废料回收机构展开而形成遮挡回收通道，同时控制钢帽防护机构下落，以包裹两个相邻绝缘子的钢帽；

71、动态跟随喷涂模块，其用于：控制喷涂机构启动，在预设喷涂入射角约束条件下，根据自适应跟随伞裙曲面的喷嘴俯仰角及偏摆角，控制喷涂机构的喷嘴动态匹配绝缘子串曲面并对其进行全覆盖喷涂；

72、回收自适应控制模块，其用于：当前位置绝缘子串曲面喷涂完成后控制喷涂机构停止，根据遮挡回收通道内的漆雾图像及全域漆雾质量浓度分别计算对应维度原始消散得分，再依次经遮挡回收通道内的温湿度补偿及加权融合得到漆雾消散总置信度，进而自适应控制回收机构，同时控制钢帽防护机构上升并脱离钢帽；

73、本体移动定位模块，其用于：控制rtv喷涂机器人本体沿绝缘子串方向移动一个绝缘子高度的距离后停住定位，重复执行机构初始准备、动态跟随喷涂及回收自适应控制步骤，直至完成整串绝缘子的全部喷涂作业。

74、本发明的第三个方面提供一种输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂机器人。

75、一种输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂机器人，包括：rtv喷涂机器人本体，所述rtv喷涂机器人本体包括承载框架、行走机构、导向机构、通信模块和吊装钩；行走机构固定安装于承载框架的中心底部；导向机构对称布置在行走机构的两侧；吊装钩装配在承载框架的顶部；钢帽防护机构布置在承载框架的喷涂区域上方，喷涂机构分体式安装于承载框架上，废料回收机构对称布置在承载框架的喷涂区域下方；所述通信模块搭载在承载框架上，所述通信模块、行走机构、导向机构、废料回收机构、喷涂机构及钢帽防护机构均与主控制器通信连接；所述主控制器被配置为执行如上述所述的输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂方法。

76、作为一种实施方式，所述废料回收机构包括负压风机、驱动电机、合页、遮挡板、废料回收防护罩和收料盒；所述驱动电机和负压风机均与主控制器相连；所述废料回收防护罩为可折叠结构；所述遮挡板与废料回收防护罩相连；所述合页包括固定段、连接段和扭簧；所述固定段固定于安装板上，所述连接段与遮挡板连接，所述扭簧设置在固定段与连接段之间，当驱动电机断电后，扭簧的扭转力作用于遮挡板底部，驱动遮挡板自动回弹收拢；

77、所述主控制器用于同步控制两个驱动电机发出驱动信号，以驱动合页带动遮挡板向外延展/向内闭合，遮挡板同步带动两侧的废料回收防护罩向外延展/向内闭合，当向外延展时，合围形成底部、前后侧三面遮挡围护结构，与rtv喷涂机器人壳体拼接成喷涂封闭围挡并将喷涂废料统一收纳至收料盒。

78、本发明的第四个方面提供一种计算机可读存储介质。

79、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂方法中的步骤。

80、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

81、（1）本发明提供了一种输电线路水平瓷绝缘子rtv喷涂技术，其在喷涂过程中根据自适应跟随伞裙曲面的喷嘴俯仰角及偏摆角，控制喷涂机构的喷嘴动态匹配绝缘子串曲面并对其进行全覆盖喷涂；在当前位置绝缘子串曲面喷涂完成后控制喷涂机构停止，融合遮挡回收通道内的漆雾图像、全域漆雾质量浓度及温湿度，自适应控制回收机构，解决了自动喷涂绝缘子的过程中，无法适配伞裙曲面倾角变化，造成绝缘子串漏涂问题以及；喷涂结束后无法根据装置内漆雾浓度和户外环境变化调整工作状态的问题，实现了在喷涂过程中通过实时感知绝缘子伞裙曲面法向倾角，动态求解最优喷嘴喷涂角度；在喷涂结束后自适应控制废料回收，提升了绝缘子rtv喷涂漆雾回收精度与智能化水平，增强了喷涂机器人野外作业稳定性与安全性。

82、（2）本发明创新地提出了一种喷嘴角度动态匹配绝缘子伞裙的喷涂控制技术，其基于绝缘子伞裙曲面与喷嘴角度实时联动映射模型，将绝缘子伞裙曲面空间法向量与倾角信息实时映射为自适应跟随伞裙曲面的喷嘴俯仰角及喷嘴偏摆角，根据伞裙不同位置的曲面倾斜角度实时调整喷嘴俯仰角与偏摆角，使喷嘴喷射方向始终贴合曲面法向趋势，在预设的喷涂入射角约束条件下，控制喷嘴对绝缘子串曲面进行全覆盖均匀喷涂，解决了传统喷涂方式角度失配、漏喷薄喷、雾化不均的问题，实现了绝缘子全域喷涂覆盖、工艺稳定性与涂层均匀性，同时适配多规格、多形变状态的绝缘子伞裙结构，提升了自动化喷涂作业的智能化与通用性。

83、（3）本发明创新性提出了一种rtv喷涂废料回收自适应控制技术，其融合机器视觉、多点激光颗粒物传感与温湿度传感数据，经图像特征提取、滤波、温湿度补偿及时序加权融合得到漆雾消散置信度，精准量化装置内漆雾浓度，并依据置信度阈值自适应调整负压抽吸启停，形成闭环控制，改善无自适应调控回收装置抽吸回收不彻底或空转耗能的缺陷，解决了现有rtv喷涂废料回收装置人工依赖度高及自适应调控能力差的问题，提升了绝缘子rtv喷涂漆雾回收精度与智能化水平，增强了喷涂机器人野外作业稳定性与安全性。