一种架空输电线路机器人精确定位方法及系统与流程

1.本发明属于机器人定位技术领域，具体涉及一种架空输电线路机器人精确定位方法及系统。


背景技术：

2.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。
3.随着机器人技术和图像识别技术的不断发展，特种电力机器人逐渐代替人工作业，成为保卫电力线路安全运行的重要力量。特种线路机器人运行于架空线路或者其他输电线路上，需要进行定位测量和导航运行。
4.在线路机器人运行到靠近金具障碍物时需要提前减速，为下一步的越障做好准备。当机器人处于越障过程中时，需要在不同的位置执行不同的动作来完成越障。在线路机器人运行中还需要精准停靠到特定的关键点位置，来完成机器人所携带的可见光摄像机和红外摄像机对线路的拍摄，因此，对于运行于线路上的机器人精确定位是十分关键的环节。
5.发明人发现，当前运行于线路上的机器人大多采用gps定位和从动轮编码器方式进行自身位置的定位。然而这两种方式都具有精确度差的问题，民用gps的定位精度只有五米左右，而从动轮编码器方式存在打滑问题，很难做到长距离的精确定位。
6.当定位不准确时，线路机器人会发生严重的碰撞事故，甚至机器人会脱离线路掉落下来。当停靠的关键点位置误差较大时，可见光摄像机和红外摄像机就不能对准所要拍摄的目标，无法实现准确地线路检测。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明提出一种架空输电线路机器人精确定位方法及系统，通过输电线路所使用的钢芯铝绞线的直径和螺纹螺距，对运行于线路上的机器人进行精确定位。
8.在一些实施方式中，采用如下技术方案：
9.一种架空输电线路机器人精确定位方法，包括：
10.机器人运行过程中，每隔设定时间采集一段设定长度的输电线路导线的图像信息，相邻两个时间段内采集到的前一幅图像和后一幅图像具有公共区域；
11.识别后一幅图像中去掉公共区域部分的图像中所包含的钢芯铝绞线的螺纹个数，作为在前一幅图像位置的基础上新增或者需要减去的螺纹个数；
12.根据最终获得的螺纹个数、钢芯铝绞线的直径和螺纹螺距，确定机器人的位置信息。
13.在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
14.一种架空输电线路机器人精确定位系统，包括：
15.图像采集装置，被配置为在机器人运行过程中，每隔设定时间采集一段设定长度
的输电线路导线的图像信息，相邻两个时间段内采集到的前一幅图像和后一幅图像具有公共区域；
16.图像预处理装置，被配置为对采集的图像进行预处理；
17.螺纹个数识别装置，被配置为识别后一幅图像中去掉公共区域部分的图像中所包含的钢芯铝绞线的螺纹个数，作为在前一幅图像位置的基础上新增或者需要减去的螺纹个数；
18.定位装置，被配置为根据最终获得的螺纹个数、钢芯铝绞线的直径和螺纹螺距，确定机器人的位置信息。
19.其中，所述图像采集装置包括：可见光源模块和图像采集模块；
20.所述可见光源模块包括发光二极管、第一透镜组件和反光镜组件；发光二极管发出的可见光经过第一透镜组件放大和反光镜组件反射后到达铝绞线，为铝绞线的图像采集提供光源；
21.所述图像采集模块包括第二透镜组件和光学传感器；通过光学传感器采集被照亮区域铝绞线的图像。
22.在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
23.一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的架空输电线路机器人精确定位方法。
24.在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
25.一种输电线路图像采集装置，包括：可见光源模块和图像采集模块；
26.所述可见光源模块包括发光二极管、第一透镜组件和反光镜组件；发光二极管发出的可见光经过第一透镜组件放大和反光镜组件反射后到达输电线路，为输电线路的图像采集提供光源；
27.所述图像采集模块包括第二透镜组件和光学传感器；通过光学传感器采集被照亮区域输电线路的图像。
28.在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
29.一种架空输电线路机器人精确定位系统，包括：
30.上述的图像采集装置，被配置为在机器人运行过程中，每隔设定时间采集一段设定长度的输电线路导线的图像信息，相邻两个时间段内采集到的前一幅图像和后一幅图像具有公共区域；
31.螺纹个数识别装置，被配置为识别后一幅图像中去掉公共区域部分的图像中所包含的钢芯铝绞线的螺纹个数，作为在前一幅图像位置的基础上新增或者需要减去的螺纹个数；
32.定位装置，被配置为根据最终获得的螺纹个数、钢芯铝绞线的直径和螺纹螺距，确定机器人的位置信息。
33.在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
34.一种输电线路巡检机器人，包括：上述的架空输电线路机器人精确定位系统。
35.在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
36.一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算
机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的架空输电线路机器人精确定位方法。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
38.本发明提出了一种架空输电线路机器人精准定位的方法，成功研制出适用于架空输电线路机器人精确定位的系统，通过对架空线路导线的图像精准识别和筛选统计，使运行于架空线路导线上的机器人能够准确计算出当前位置和前方障碍物的距离，越障过程中准确完成越障动作，为机器人的可靠运行提供了必要保障，攻克了线路机器人运行时由于存在累积误差而无法精准定位难题，保证了机器人采集图像时在关键点位置的精准停靠，实现了架空输电线路机器人运行的毫米级定位。
39.通过确定相邻两个时间段内采集到的前一幅图像和后一幅图像的公共区域的位置，能够准确判断出机器人的运行状态；
40.通过识别机器人经过铝绞线螺纹的个数，能够准确计算出经过铝绞线的长度，实现对机器人的精确定位。
41.光学传感器相当于一个简单的微型摄像机，通过光学传感器进行图像采集，方便利用图像处理的方法识别出明暗线条，然后再进行筛选计数。
附图说明
42.图1为本发明实施例一中图像采集装置结构示意图；
43.图2为本发明实施例一中架空输电线路机器人精确定位方法流程图；
44.其中，1.发光二极管，2.第一透镜组件，3.反光镜组件，4.第二透镜组件，5.光学传感器，6.铝绞线。
具体实施方式
45.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
46.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
47.实施例一
48.在一个或多个实施方式中，公开了一种架空输电线路机器人精确定位方法，参照图2，由于架空线路所使用的导线都为钢芯铝绞线，钢芯铝绞线被拧成麻花状，外表为螺纹状结构，且两条螺纹的之间的螺距是确定的，也就是说钢芯铝绞线的型号确定，则铝绞线直径和螺纹的螺距就是确定的，如果测量出钢芯铝绞线两点间的螺纹个数就可以计算出两点间的铝绞线长度。这样就可以应用到架空线路上运行的机器人上，使机器人在线路上的定位精度大大提高。
49.本实施例中，架空输电线路机器人精确定位方法具体包括：
50.机器人运行过程中，每隔设定时间采集一段设定长度的架空输电线路导线的图像
信息，通过设置合适的时间间隔，保证相邻两个时间段内采集到的前一幅图像和后一幅图像具有公共区域；
51.对采集的图像进行预处理；首先对采集到的图像进行整体边缘检测，检测到铝绞线的整体轮廓，提取出铝绞线的图像。具体过程如下：
52.(1)高斯模糊去噪：利用高斯滤波器来平滑检测图像。
53.(2)计算梯度幅值和方向：利用sobel差分算子计算梯度幅值和方向，若水平和垂直方向的差分表示为gx和gy，则梯度幅值g和方向θ计算公式为：
[0054][0055]
θ＝atan2(gy,g
x
)
[0056]
非最大值抑制边缘细化：比较当前点的梯度强度和正负梯度方向点的梯度强度，如果当前点的梯度强度和同方向的其他点的梯度强度相比较是最大，则保留，否则抑制。
[0057]
梯度幅值有增加趋势的方向认定为正方向，反之为负方向；对图像进行梯度计算后，仅仅基于梯度幅值提取的边缘仍然很模糊。通过非最大值抑制边缘细化判断当前的梯度幅值在梯度方向上是否是一个局部最大值，使得图像边缘清晰化、稀疏化。
[0058]
(3)双阈值边缘提取：若某一像素位置的幅值超过设定的高阈值,则判定像素为边缘像素；若某一像素位置的幅值小于设定的低阈值,则排除该像素；若某一像素位置的幅值在两个阈值之间，则该像素仅在连接到一个高于高阈值的像素时被保留。
[0059]
在施加非极大值抑制之后，剩余的像素可以较准确地表示图像中的实际边缘。然而，仍然存在由于噪声和颜色变化引起的一些边缘像素。双阈值边缘提取是为了解决这些杂散响应，从而得到真实的边缘。
[0060]
对预处理后的图像进行直线检测，识别出图像中明暗线条，对识别出的明暗线条进行筛选，筛选出符合铝绞线螺纹方向和宽度的直线段，计算出图像中符合铝绞线螺纹方向和宽度的直线段个数，就是本幅图像中螺纹的个数。
[0061]
识别前后两幅图像的公共区域，具体方法为：
[0062]
对于第一幅图像，以图像的设定边沿为匹配模板的边沿，在第一幅图像上向与设定边沿相对的另一边沿方向截取n个像素宽度作为模板的宽构成匹配模板，与第二幅图像以宽度为n的图像块进行模板匹配，以对应像素位置像素值差值的和作为判定准则，设定判定阈值，若差值小于判定阈值则认为匹配成功，反之匹配不成功。
[0063]
匹配成功后，以第二幅图象中匹配成功的图像块的宽度值，即重叠区域的宽度作为公共重叠区域的宽度值。
[0064]
识别后一幅图像中去掉公共区域部分的图像中所包含的钢芯铝绞线的螺纹个数，作为在前一幅图像位置的基础上新增或者需要减去的螺纹个数；
[0065]
根据最终获得的螺纹个数、钢芯铝绞线的直径和螺纹螺距，确定机器人的位置信息。
[0066]
根据相邻两个时间段内采集到的图像的公共区域的位置，确定机器人的移动方向。设定机器人前进方向为正方向，当公共区域包含前一幅图像的前端时，机器人移动方向为前进，新增螺纹个数为正；当公共区域包含前一幅图像的后端时，机器人移动方向为后退，新增螺纹个数为负。
[0067]
这样，根据最终获得的螺纹个数、钢芯铝绞线的直径和螺纹螺距，计算出两点间的铝绞线长度，进而确定机器人的位置信息。
[0068]
需要说明的是，本实施例中以架空输电线路为例对本发明方法进行说明，但是，并不能限制本发明的保护范围，本发明的方法也同样适用于机器人在其他铝绞线形式的输电线路上的精确定位。
[0069]
实施例二
[0070]
在一个或多个实施方式中，公开了一种架空输电线路机器人精确定位系统，包括：
[0071]
图像采集装置，被配置为在机器人运行过程中，每隔设定时间采集一段设定长度的架空输电线路导线的图像信息，相邻两个时间段内采集到的前一幅图像和后一幅图像具有公共区域；
[0072]
图像预处理装置，被配置为对采集的图像进行预处理；
[0073]
螺纹个数识别装置，被配置为识别后一幅图像中去掉公共区域部分的图像中所包含的钢芯铝绞线的螺纹个数，作为在前一幅图像位置的基础上新增或者需要减去的螺纹个数；
[0074]
定位装置，被配置为根据最终获得的螺纹个数、钢芯铝绞线的直径和螺纹螺距，确定机器人的位置信息。
[0075]
其中，图像采集装置如图1所示，包括：发光二极管1、第一透镜组件2、反光镜组件3、第二透镜组件4和光学传感器5。
[0076]
其中，发光二极管1、第一透镜组件2和反光镜组件3组成照射到铝绞线6的光源，发光二极管1发射可见光，可见光通过第一透镜组件2的放大和反光镜组件3的反射照射到铝绞线上，照亮铝绞线的设定区域。
[0077]
因为光源是特定频率的光，比如红光，这样处理采集到的图像信息比较容易处理，还能在无自然光照的条件下工作。由于设备本身的遮挡，外部光线无法直射到光学传感器。又因为光源提供的光线是特定频率且较强的光线，所以外部光线对光学传感器影响较小。
[0078]
第二透镜组件4和光学传感器5组成图像采集模块，光学传感器5可以采集到被照亮区域的铝绞线6的图像。
[0079]
其中，发光二极管1、第一透镜组件2、反光镜组件3、第二透镜组件4和光学传感器5均设置在一个塑料外壳内，整个图像采集装置放到机器人的两个行走轮之间；随着机器人的行走，能够对行进过程中的铝绞线图像进行采集。
[0080]
需要说明的是，第一透镜组件和第二透镜组件均包括了透镜以及附属的透镜固定部件，反光镜组件包括了反光镜及附属的反光镜固定部件。
[0081]
在另外一些实施方式中，还公开了包括实施例一中所述的架空输电线路机器人精确定位方法的终端设备，以及实施例二中所述的架空输电线路机器人精确定位系统的输电线路巡检机器人。
[0082]
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。