[发明专利]基于多光源图像的绝缘子水冲洗机器人瞄准系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于多光源图像的绝缘子水冲洗机器人瞄准系统及方法，包括双目相机、红外相机、工业控制计算机和水冲洗机器人；双目相机采集绝缘子的可见光图像，根据视差原理定位出绝缘子的三维坐标，红外相机采集绝缘子的红外图像，对绝缘子进行污秽度检测，最后根据绝缘子的三维坐标和污秽度状态确定冲洗机器人的瞄准方向，工业控制计算机将需要瞄准的绝缘子位置信息反馈给冲洗机器人控制器，控制水冲洗机器人关节运动，从而实现绝缘子水冲洗机器人的视觉伺服控制。本发明通过融合可见光图像和红外图像使不同图像源的特征优势互补，可有效避免单一信息的片面性，使水冲洗机器人瞄准结果更加准确有效。

技术领域

本发明属于水冲洗自动化控制领域，尤其涉及一种基于多光源图像的绝缘子水冲洗机器人瞄准系统及方法。

背景技术

我国电网拓扑结构复杂，环境污染源又具有多样多变性，保证电网设备的可靠运行是电力检修与运维的重要一环。绝缘子作为铁路接触网中发挥机械支撑和电气绝缘作用的关键部件，是整个电网系统的重要组成部分之一，其长期服役于室外环境下，材料表面极容易被空气中各种各样的污秽物所污染，污秽物颗粒在环境外力交叉作用下吸附在绝缘子材料表面，久而久之积聚大量污秽物最终形成污秽层，污秽物因地域环境不同，组成成分各异，通常以大量的灰尘、金属盐微粒等为主。若在外绝缘表面积污阶段，及时监测设备污秽状态，针对性地进行清洗，可有效降低闪络发生的概率，减少由此带来的经济损失。

带电水冲洗作为电气设备有效防止污闪事故的措施之一被普遍采用。在不断电的情况下利用高压力绝缘性达到一定值的水柱对绝缘子表面沉积的污秽进行冲洗。其利用高压泵系统产生的高压，以喷射方式形成具有强大冲击力的清洗介质，清洗介质冲击在接触网绝缘子表面，迫使其表面的污垢脱落。带电水冲洗的优点是不中断供电、不需要设备停电、无需设备的倒、合闸的操作；不受电力设备停电时间限制，可随时对赃污设备进行水清洗，清洗效果好。目前，绝缘子带电水冲洗作业大都采用人工方式，操作人员需工作在高压带电设备附近，手持冲洗设备对绝缘子进行冲洗，作业环境相对危险，且工作量很大，严重影响了水冲洗作业的效率。所以近年来，国内外对绝缘子的自动化清洗防污技术及设备开发成为研究热点。

目前，绝缘子水冲洗机器人所存在的问题是：

1、采用单一视觉定位方法。可见光图像具有较高的对比度和分辨率，但易受光照环境的影响；红外图像可以测量绝缘子的表层温度，并生成红外热像图，但会受到大气热辐射等因素的影响。目前的绝缘子水冲洗机器人仅依靠可见光图像或者红外图像其中一种进行绝缘子定位，进而影响识别绝缘子的准确性，降低了冲洗效率。

2、虽然引入了一定程度的自动化装置，但仍需要操作人员控制机器人的水冲洗操作，智能化水平较低，无法满足水冲洗作业的智能化要求。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于多光源图像的绝缘子水冲洗机器人瞄准系统及方法。

本发明的基于多光源图像的绝缘子水冲洗机器人瞄准系统，包括双目相机、红外相机、工业控制计算机和水冲洗机器人；水冲洗机器人包括水枪及二自由度机械臂，该机械臂能带动水枪水平和俯仰转动，水枪通过绝缘水管与制水设备连接；双目相机及红外相机平行安装在水冲洗机器人的水枪的后部上方，安装方向与水枪方向一致，双目相机和红外相机分别采集现场的可见光图像和红外图像，图像信息通过无线路由器、无线网卡传送到工业控制计算机，工业控制计算机用于计算水枪瞄准方向，并将信息反馈给水冲洗机器人控制器，控制水冲洗机器人运动，从而实现绝缘子水冲洗机器人的视觉伺服控制。

本发明的基于多光源图像的绝缘子水冲洗机器人瞄准方法，上述的基于多光源图像的绝缘子水冲洗机器人瞄准系统，具体包括以下步骤：

步骤1：分别采集绝缘子可见光图像和红外图像，并通过数据增强方法来扩大训练样本。

步骤2：采用AFK-MC²聚类算法进行绝缘子标注框的聚类分析，确定绝缘子先验框的大小。