變電站水沖洗機(jī)器人視覺(jué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變電站自動(dòng)化控制領(lǐng)域，具體涉及變電站水沖洗機(jī)器人視覺(jué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]變電站絕緣子由于置身戶外，當(dāng)前由于環(huán)境治理尚不完善等原因，彌漫于空氣中的工業(yè)污穢和自然污穢易沉積在絕緣子表面形成污穢層。這些含有鹽、酸、堿性成分的污穢遇到霧和陰雨等潮濕氣候條件下，絕緣子表面的污穢層被濕潤(rùn)，電導(dǎo)增大，絕緣性能下降，泄漏電流急劇增加，其閃絡(luò)電壓大大降低，此時(shí)就可能發(fā)生污穢閃絡(luò)，這將嚴(yán)重影響電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，定期對(duì)室外變電站內(nèi)的絕緣子的除污工作是十分重要的。
[0003]帶電水沖洗工作作為電氣設(shè)備有效防止污閃事故的措施之一被普遍采用。目前，變電站帶電水沖洗作業(yè)大都采用人工方式，操作人員需工作在高壓帶電設(shè)備附近，手持設(shè)備對(duì)設(shè)備進(jìn)行沖洗，作業(yè)環(huán)境相對(duì)危險(xiǎn)，且工作量很大，嚴(yán)重影響了水沖洗作業(yè)的效率。為解決上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外許多機(jī)構(gòu)都對(duì)此進(jìn)行了深入的研宄，主要的研宄成果包括:
[0004]1、國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2013年12月25日授權(quán)的專利號(hào)為201010617220.0名稱為“帶電水沖洗雙水柱激射沖洗方法及裝置”的專利中提出了一種帶電水沖洗雙水柱激射沖洗方法及裝置，該發(fā)明采用成一定角度安裝的雙槍，利用由于相互的擠壓，由束狀轉(zhuǎn)化為輻射狀的水流對(duì)需要清洗的帶電設(shè)備進(jìn)行清洗，能夠防止產(chǎn)生死角及死區(qū)，并能夠控制沖擊力，防止對(duì)帶電設(shè)備的損害，減小濺射長(zhǎng)度及區(qū)域；使用電力、液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)元件可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，保障作業(yè)精確度，提高了作業(yè)的安全性。
[0005]2、國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2012年10月10日授權(quán)的專利號(hào)為201220084719.4名稱為“變電站帶電水沖洗水射流智能化控制裝置”的專利中提供一種變電站帶電水沖洗水射流智能化控制裝置，該裝置包括:PLC控制單元、觸摸屏人機(jī)操作界面、寬輸入直流穩(wěn)壓電源單元、多路電磁閥單元、開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元、信號(hào)檢測(cè)傳感器單元；所述寬輸入直流穩(wěn)壓電源單元還與所述PLC控制單元、觸摸屏人機(jī)操作界面、多路電磁閥單元、開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元、信號(hào)檢測(cè)傳感器單元分別相連接，所述PLC控制單元還與所述觸摸屏人機(jī)操作界面、多路電磁閥單元、開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)單元、信號(hào)檢測(cè)傳感器單元分別相連接。通過(guò)本實(shí)用新型提供的裝置能夠?qū)ψ冸娬編щ娝疀_洗車進(jìn)行準(zhǔn)確而高效的控制。
[0006]上述研宄都取得了一定程度上的有益效果，但仍存在如下問(wèn)題:
[0007]1、在水沖洗過(guò)程中，由于作業(yè)端的作業(yè)高度較高(大概為7-8米)，單憑操作人員的肉眼很難觀測(cè)到當(dāng)前機(jī)器人要沖洗哪個(gè)設(shè)備及要沖洗設(shè)備的沖洗位置等信息，這就嚴(yán)重制約了系統(tǒng)的實(shí)用性。
[0008]2、上述水沖洗裝置或系統(tǒng)，雖然引入了一定程度的自動(dòng)化裝置，但水沖洗作業(yè)仍然需要操作人員的全程操作，其智能化水平較低，無(wú)法滿足水沖洗作業(yè)的智能化要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開(kāi)了變電站水沖洗機(jī)器人視覺(jué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)及方法，通過(guò)引入視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)，將作業(yè)端的實(shí)時(shí)圖像傳輸?shù)降孛?，方便操作人員及時(shí)了解將要沖洗設(shè)備和沖洗的位置，并通過(guò)機(jī)器視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人水沖洗的視覺(jué)引導(dǎo)控制，實(shí)現(xiàn)變電站水沖洗作業(yè)的智能化和自主化。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0011]變電站水沖洗機(jī)器人視覺(jué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，包括:網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)及測(cè)距儀，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)接收網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)及測(cè)距儀采集的信號(hào)；
[0012]所述測(cè)距儀安裝在噴水機(jī)構(gòu)的水槍的后部上方，安裝方向與水槍方向一致，測(cè)距儀在觀測(cè)設(shè)備上方打上紅色光斑，該紅色斑點(diǎn)位置即為水沖洗的位置，所述網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)圖像，利用顏色識(shí)別算法，對(duì)紅色斑點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別，從而得到紅色斑點(diǎn)在圖像空間中的坐標(biāo)信息，進(jìn)而確定水槍打擊位置，將得到的水槍打擊位置信息反饋給機(jī)器人控制器，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，控制水槍打擊位置位于指定的位置，從而實(shí)現(xiàn)變電站水沖洗機(jī)器人的視覺(jué)伺服控制。
[0013]所述網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過(guò)無(wú)線路由器及無(wú)線網(wǎng)卡與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通訊，所述測(cè)距儀通過(guò)無(wú)線收發(fā)射裝置與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通訊。
[0014]所述網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)固定安裝在噴水機(jī)構(gòu)后上方，向工業(yè)控制計(jì)算機(jī)傳送作業(yè)端的實(shí)時(shí)圖像信息。
[0015]所述無(wú)線收發(fā)射裝置采用ZIGBEE通訊協(xié)議，其中發(fā)送端通過(guò)串口與測(cè)距儀連接，接收端通過(guò)串口與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接，通過(guò)所述無(wú)線收發(fā)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)激光測(cè)距儀獲取的距離信息的采集。
[0016]所述無(wú)線網(wǎng)卡通過(guò)USB總線與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接，其通過(guò)無(wú)線路由器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。
[0017]所述噴水機(jī)構(gòu)包括水槍及水槍的安裝平臺(tái)，該安裝平臺(tái)具有兩個(gè)自由度，能夠水平和垂直轉(zhuǎn)動(dòng)，水槍通過(guò)絕緣水管與制水設(shè)備連接。
[0018]所述顏色識(shí)別算法即將網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集的視頻圖像由RGB空間轉(zhuǎn)換到HSV空間，在色彩H空間中利用閾值分割算法即可實(shí)現(xiàn)對(duì)紅色斑點(diǎn)的自動(dòng)識(shí)別，從而得到紅色斑點(diǎn)在圖像空間中的坐標(biāo)信息。
[0019]變電站水沖洗機(jī)器人視覺(jué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的方法，包括:
[0020]I)首先在工業(yè)計(jì)算機(jī)中顯示的圖像中指定目標(biāo)沖洗點(diǎn)的坐標(biāo)(DstX，DstY)，DstX, DstY分別為圖像中橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，單位為像素；
[0021]2)利用顏色識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)紅色斑點(diǎn)的識(shí)別定位，設(shè)其坐標(biāo)為(SrcX，SrcY)，SrcX,SrcY分別為圖像中橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，單位為像素；
[0022]3)計(jì)算目標(biāo)沖洗點(diǎn)與紅色斑點(diǎn)的坐標(biāo)間的坐標(biāo)偏差(DX，DY)其計(jì)算公式如下:
[0023]DX = DstX-SrcX, DY = DstY-SrcY ；
[0024]4)橫向調(diào)整，對(duì)DX的值進(jìn)行判斷，若DX的絕對(duì)值小于給定閾值T，則停止噴水機(jī)構(gòu)橫向運(yùn)動(dòng)，若DX大于T則控制噴水機(jī)構(gòu)向右運(yùn)動(dòng)，若DX小于-T則控制噴水機(jī)構(gòu)向左運(yùn)動(dòng)；
[0025]5)縱向調(diào)整，對(duì)DY的值進(jìn)行判斷，若DY的絕對(duì)值小于給定閾值T，則停止噴水機(jī)構(gòu)縱向運(yùn)動(dòng)，若DY大于T則控制噴水機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)，若DY小于-T則控制噴水機(jī)構(gòu)向上運(yùn)動(dòng)；
[0026]6)對(duì)(DX，DY)的值進(jìn)行判斷，若DX和DY的絕對(duì)值都小于給定閾值T則跳轉(zhuǎn)到步驟(7)，否則跳轉(zhuǎn)到步驟(3);
[0027]7)控制過(guò)程結(jié)束。
[0028]工作原理:測(cè)距儀安裝在噴槍的后部，安裝方向與水槍方向一致，其會(huì)在觀測(cè)設(shè)備上方打上紅色光斑，由于水沖洗作業(yè)時(shí)，水壓較大，水槍噴射水柱近似為直線，故該紅色斑點(diǎn)位置即為水沖洗的位置。所述網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)圖像，利用顏色識(shí)別算法，對(duì)紅色斑點(diǎn)的自動(dòng)識(shí)別，從而得到紅色斑點(diǎn)在圖像空間中的坐標(biāo)信息，進(jìn)而可確定水槍打擊位置。將通過(guò)圖像分析得到的水槍打擊位置信息反饋給機(jī)器人控制器，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，控制水槍打擊位置位于人工指定的位置，從而實(shí)現(xiàn)變電站水沖洗機(jī)器人的視覺(jué)伺服控制。
[0029]測(cè)距儀通過(guò)無(wú)線發(fā)射與接收裝置與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接，并向工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)傳送水沖洗機(jī)器人噴水機(jī)構(gòu)與被沖洗設(shè)備間的作業(yè)距離信息。測(cè)距儀，測(cè)量時(shí)會(huì)在觀測(cè)設(shè)備上方打上紅色光斑，操作人員通過(guò)觀察網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)回傳的視頻信息中的紅色光斑信息就可判斷出此時(shí)將要沖洗的設(shè)備及沖洗位置。這樣，地面操控人員可以直觀的對(duì)沖洗的過(guò)程進(jìn)行視頻的監(jiān)視。
[0030]變電站水沖洗機(jī)器人視覺(jué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)過(guò)程的視頻監(jiān)控，而且可以通過(guò)機(jī)器視覺(jué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站水沖洗機(jī)器人系統(tǒng)的視覺(jué)引導(dǎo)控制。
[0031]本發(fā)明的有益效果:
[0032]1、本發(fā)明利用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)圖像，對(duì)紅色斑點(diǎn)的自動(dòng)識(shí)別，從而得到紅色斑點(diǎn)在圖像空間中的坐標(biāo)信息，進(jìn)而可確定水槍打擊位置。高壓帶電水沖洗機(jī)器人視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)攝像機(jī)向地面操作人員提供操作端作業(yè)畫(huà)面，操作人員能夠觀測(cè)到當(dāng)前機(jī)器人要沖洗哪個(gè)設(shè)備及要沖洗設(shè)備的沖洗位置等信息，有效提高沖洗作業(yè)的準(zhǔn)確性。
[0033]2、本發(fā)明的測(cè)距儀通過(guò)無(wú)線發(fā)射與接收裝置與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接，并向工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)傳送水沖洗機(jī)器人噴水機(jī)構(gòu)與被沖洗設(shè)備間的作業(yè)距離信息，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)相關(guān)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)帶電水沖洗系統(tǒng)的視覺(jué)引導(dǎo)控制，有效提高了機(jī)器人的自主化程度，并對(duì)機(jī)器人沖洗效率的提升有較大的作用。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為變電站水沖洗機(jī)器人視覺(jué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)組成；
[0035]圖2為變電扎水沖洗機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)原理圖；
[0036]其中，1.測(cè)距儀，2.無(wú)線收發(fā)裝置，3.網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，4.無(wú)線路由器，5.無(wú)線網(wǎng)卡，6.噴水機(jī)構(gòu)，7.機(jī)器人控制器，8.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
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[0037]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0038]變電站水沖洗機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人本體、制水設(shè)備及壓力裝置等組