[发明专利]一种带电接搭引流线作业现场的快速重构方法

权利要求书

1.一种带电接搭引流线作业现场的快速重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立带电接搭引流线标准作业现场参数数据库：

接搭引流线标准作业现场参数数据库中数据包括横担、杆塔、线夹、跌落式熔断器、引流线、输电线、拉线式绝缘子、避雷器以及抱箍的相关数据；指定带电接搭引流线标准作业现场参数数据库中横担、杆塔、线夹、跌落式熔断器、拉线式绝缘子、避雷器以及抱箍的原点坐标系；建立两元器件的原点坐标系之间标准相对安装位置数据的齐次变换矩阵；

线夹原点坐标系位置确定在套筒端面的圆心处，该套筒与输电线相配合，z轴方向竖直向上，x、y轴方向分别平行于线夹螺纹连接基座的两垂直边；横担原点坐标系位置确定在横担下端面上孔的圆心处，该孔与杆塔相配合，z轴方向平行于孔轴线方向，x、y轴方向分别平行于横担的两垂直边；

步骤2、构建带电接搭引流线标准三维模型数据库：以横担、杆塔、线夹、跌落式熔断器、拉线式绝缘子、避雷器以及抱箍原点坐标系为参考，建立各元器件的标准三维模型数据，构建带电接搭引流线标准三维模型数据库，将建模结果数据存储到带电接搭引流线标准三维模型数据库中；

步骤3、搭建带电接搭引流线标准作业场景：将接搭引流线标准作业现场中元器件分为可靠器件、活动器件和随从器件三类，分别建立可靠元器件集合、活动元器件集合以及随从元器件集合；

利用带电接搭引流线标准作业现场参数数据库中的标准相对安装位置参数和元器件标准三维模型，搭建接搭引流线作业任务的标准作业现场三维场景；

步骤4、建立带电接搭引流线作业场景中横担、线夹的视觉测量坐标系，得到原点坐标系相对于测量坐标系的齐次变换矩：首先将横担、线夹作为待测元器件，指定待测元器件对的测量坐标系；用齐次变换矩阵来记录原点坐标系相对于测量坐标系的位姿关系；

线夹测量坐标系w_{r_obj}(i)方向与原点坐标系w_obj(i)相同，原点位置位于线夹下螺帽的端面中心处，该螺帽用于连接线夹的上下两端；横担测量坐标系w_{r_obj}(i)方向与原点坐标系w_obj(i)相同，原点位置位于横担端面的弯折点处

步骤5、利用附着安装于机械臂末端的双目相机，重构跌落式熔断器引流线和输电线的三维模型，测量带电接搭引流线作业现场中各个横担、线夹的实际位姿，修正、完善建立的带电接搭引流线标准作业场景模型，得到与实际现场吻合的重构场景，具体包括以下步骤：

5.1、获取双目相机坐标系到机械臂基座坐标系的变换矩阵得到相机坐标系下零件的测量坐标系w_{r_obj}(i)到机械臂基座坐标系下的变换方程

其中为元器件i测量坐标系w_{r_obj}(i)相对机械臂基座的位姿变换矩阵，为元器件i测量坐标系w_{r_obj}(i)相对相机坐标系的位姿变换矩阵；

5.2、针对每一根电线，利用双目相机测量带电接搭引流线作业现场中电线的中心线轨迹，重构电线三维模型；

5.2.1、调取带电接搭引流线标准作业现场参数数据库，确定当前带电接搭引流线作业现场中电线的横截面外径；

5.2.2、标定双目相机，利用匹配算法实现测距；

5.2.3、控制机械臂运动，调整相机的位置和姿态使需要测量的电线轮廓保持在双目相机视野中；

5.2.4、利用电线特征提取图像中线的轮廓；

5.2.5、获取电线的中心线上的离散点相对相机坐标的三维位置坐标；

找到左右目中对应的中心线上点的像素点，得到电线的中心线上的单个离散点的三维坐标，记为：

m表示第几个点，x_m、y_m、z_m分别标识第m个点的x、y、z坐标，P_r(m)表示第m个点相对于相机坐标的位置坐标；

步骤5.2.6、利用方程将以相机坐标系下的电线中心线上离散点位置坐标转换到机械臂基座坐标系下，结果记为P_b(m)；

5.2.7、利用多项式插值方法拟合离散的中心线上点，得到连续的电线中心线轨迹；

5.2.8、利用步骤5.2.1中获取的直径数据，通过等截面曲线拉伸算法计算得到实际现场中电线的三维模型数据，完成对实际现场电线的重构；

5.3、利用双目相机测量信息，修正带电接搭引流线标准作业场景中各个横担、线夹的位姿数据，完成场景的重构；

5.3.1、将线夹、横担从随从元器件集合剔除，加入到活动元器件集合中；

5.3.2、针对活动元器件集合中的每一个线夹和横担，依次根据双目相机测量结果，修正其在带电接搭引流线标准作业场景中的实际位姿，并加入可靠元器件集合；

标注当前测量的活动元器件为c_obi，全局编号为n；根据双目相机测量结果修正活动元器件c_obi三维模型原点坐标系w_obj(n)相对于零件测量坐标系到三维模型原点坐标系之间的变换矩阵可得编号n的元器件相对机械臂基座的位置

5.3.3、针对随从元器件集合中的每一个杆塔、跌落式熔断器、拉线式绝缘子、避雷器以及抱箍，找到可靠元器件集合中与随从元器件集合中全局编号为k的元器件有相对安装位置关系的元器件，设它们的标号为f₁～f_H，共H个；随从元器件中k元器件相对于机械臂基座坐标系的最终位姿矩阵为：

完成计算，得到与真实现场吻合的重构场景。