本發(fā)明屬于電力技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于虛擬現(xiàn)實的帶電作業(yè)機器人遙操作方法。

背景技術(shù)：

目前，我國帶電作業(yè)，主要采用絕緣手套作業(yè)法，要求操作人員攀爬高壓鐵塔或借助絕緣斗臂車進行不停電作業(yè)。但人工帶電作業(yè)稍有不慎就容易發(fā)生人身傷亡事故，給家庭和社會帶來嚴(yán)重的損失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種基于虛擬現(xiàn)實的帶電作業(yè)機器人遙操作方法，通過虛擬現(xiàn)實將作業(yè)場景顯示給操作人呀，操作人員在虛擬現(xiàn)實場景控制遠(yuǎn)端機械臂進行帶電操作，減小了帶電作業(yè)發(fā)生事故的可能性。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于虛擬現(xiàn)實的帶電作業(yè)機器人遙操作方法，包括第一機械臂、第二機械臂、機械臂專用工具箱和第一工控機；第一機械臂、第二機械臂均安裝于絕緣斗中，左機械臂和右機械臂安裝于絕緣斗前部；機械臂專用工具箱裝有便于視覺和傳感器識別的工具；第一工控機主要用于控制兩個機械臂運動；操作者通過虛擬眼鏡來觀察帶電作業(yè)細(xì)節(jié)，所述第一工控機通過虛擬眼鏡上安裝的深度傳感器識別操作者雙手的姿態(tài)信息，并將該姿態(tài)信息發(fā)送給機械臂，實現(xiàn)機械臂的運動控制。

進一步，對機械臂的遙操作過程為：

步驟一、首先對作業(yè)環(huán)境中各設(shè)備提前建模，對動態(tài)結(jié)構(gòu)采用基于模型的建模方法，對靜態(tài)結(jié)構(gòu)采用基于圖像的建模方法，并儲存在第一工控機數(shù)據(jù)庫中；

步驟二、第一工控機接收機械臂控制卡采集機械臂的運動信息和圖像處理計算機通過處理獲取環(huán)境中各設(shè)備的位置和尺度信息，通過位姿測量算法實現(xiàn)機械臂運行環(huán)境中設(shè)備模型與實際設(shè)備的位置和尺度的同步，并將該虛擬場景通過現(xiàn)實單元展示；

步驟三、操作者通過觀察現(xiàn)實單元中的虛擬場景，作出相應(yīng)的手勢，第一工控機通過手勢識別算法識別出相應(yīng)的操作指令，將該操作指令下發(fā)到從手控制器，控制從手的運動狀態(tài)來完成相應(yīng)的帶電作業(yè)任務(wù)，實現(xiàn)帶電作業(yè)機器人的遙操作。

進一步，所述步驟三中手勢識別包括以下四個步驟：

3.1手勢分割，把大部分與操作手勢輸入無關(guān)的背景過濾；

3.2用直方圖法對手勢進行建模，將人手臂等效為六自由度機械臂，分別對應(yīng)機械臂的六個自由度；

3.3運用位姿測量算法識別出手臂的各關(guān)節(jié)的位置和角度信息；

3.4將手臂的控制信息傳達(dá)給機械臂，給機械臂的六個電機傳送命令，控制機械臂進行帶電作業(yè)任務(wù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于，本發(fā)明采用虛擬現(xiàn)實的方法將帶電作業(yè)機器人工作的細(xì)節(jié)展現(xiàn)給操作者，操作者通過虛擬眼鏡觀察帶電作業(yè)機器人作業(yè)細(xì)節(jié)，操作者通過手勢操作遠(yuǎn)程控制帶電作業(yè)機器人，通過遙操作的方法解決了安全問題。

附圖說明

圖1是機器人平臺的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是機械臂三維模型。

圖3是手勢識別流程圖。

具體實施方式

容易理解，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案，在不變更本發(fā)明的實質(zhì)精神的情況下，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可以想象出本發(fā)明基于虛擬現(xiàn)實的帶電作業(yè)機器人遙操作方法的多種實施方式。因此，以下具體實施方式和附圖僅是對本發(fā)明的技術(shù)方案的示例性說明，而不應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的全部或者視為對本發(fā)明技術(shù)方案的限制或限定。

本發(fā)明將機器人作業(yè)現(xiàn)場采用虛擬現(xiàn)實的方法實現(xiàn)重構(gòu)，操作者通過頭盔觀察機器人作業(yè)場景，使用雙目攝像機采集操作者的手勢圖像數(shù)據(jù)，通過圖像處理的方法識別手勢的控制信息，將該信息發(fā)送到從手控制計算機，實現(xiàn)從手的運動控制。

結(jié)合附圖，帶電作業(yè)機器人包括第一機械臂43、第二機械臂44、機械臂專用工具箱47和第一工控機48。第一機械臂43、第二機械臂44均安裝于絕緣斗中，左機械臂和右機械臂安裝于絕緣斗前部，為系統(tǒng)主要操作手；機械臂專用工具箱44裝有便于視覺和傳感器識別的工具，方便作業(yè)過程中對作業(yè)工具進行更換；第一工控機48主要用于控制兩個機械臂運動。

所述第一機械臂43、第二機械臂44為兩個同種型號的6自由度機械手，其上的每個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸處均帶有電位器。

所述機器人作業(yè)現(xiàn)場的重構(gòu)的元素包括天空遠(yuǎn)景、電線桿塔、機械臂(第一機械臂43、第二機械臂44)、電線、單個元器件和機械臂工具。重構(gòu)的方法采用基于模型的重構(gòu)方法和基于圖像重構(gòu)方法相結(jié)合的方法，將機械臂(第一、第二機械手)、單個元器件和機械手工具采用基于模型的方法進行建模，將天空遠(yuǎn)景、電線桿塔和電線采用基于圖像的方法進行建模。

操作者通過虛擬眼鏡來觀察帶電作業(yè)細(xì)節(jié)，在虛擬眼鏡上安裝深度傳感器，操作者的手臂動作由深度傳感器獲取。

遙控端配置有主計算機，第一工控機48完成作業(yè)場景的三維重構(gòu)，由控制器給機械臂各個電機的位姿信號模擬出機械臂的運動軌跡；主計算機接收作業(yè)端圖像采集卡傳送的工具和元器件的位姿信息，利用該信息實現(xiàn)虛擬模型與現(xiàn)實的的同步。所述第一工控機48為系統(tǒng)控制總樞紐，首先識別操作者雙手的姿態(tài)信息，并將該信息發(fā)送給機械臂，實現(xiàn)機械臂的運動控制。

所述第一工控機48接收作業(yè)端雙目相機采集的圖像，通過特征點匹配的方法實現(xiàn)機器手環(huán)境中動態(tài)機構(gòu)的識別，并通過雙目視覺算法求解目標(biāo)的姿態(tài)參數(shù)，對數(shù)據(jù)庫中的設(shè)備模型自適應(yīng)調(diào)整，實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實的同步。作業(yè)端雙目相機采集的圖像通過光纖傳輸給主計算機。

所述操作者雙臂有7個自由度，與6自由度機械手進行匹配解算，實現(xiàn)人手與機械手的對應(yīng)關(guān)系，已達(dá)到機械臂跟隨人手運動來完成帶電操作任務(wù)。

機械臂的6個關(guān)節(jié)處安裝有角度傳感器，采集機器人各關(guān)節(jié)見的相對角度關(guān)系，機械臂各關(guān)節(jié)的運動通過相應(yīng)的電動執(zhí)行器來執(zhí)行；

基于虛擬現(xiàn)實的帶電作業(yè)機器人遙操作方法，包括以下步驟：

步驟一、首先對作業(yè)環(huán)境中各設(shè)備提前建模，對動態(tài)結(jié)構(gòu)采用基于模型的建模方法，對靜態(tài)結(jié)構(gòu)采用基于圖像的建模方法，并儲存在第一工控機48數(shù)據(jù)庫中；

步驟二、在控制實現(xiàn)的過程中，第一工控機48接收機械臂控制卡采集機械臂的運動信息和圖像處理計算機通過處理獲取環(huán)境中各設(shè)備的位置和尺度信息，通過位姿測量算法實現(xiàn)機械臂運行環(huán)境中設(shè)備模型與實際設(shè)備的位置和尺度的同步，并將該虛擬場景通過現(xiàn)實單元展示；

步驟三、操作者通過觀察現(xiàn)實單元中的虛擬場景，作出相應(yīng)的手勢，第一工控機48通過手勢識別算法識別出相應(yīng)的操作指令，將該操作指令下發(fā)到從手控制器，控制從手的運動狀態(tài)來完成相應(yīng)的帶電作業(yè)任務(wù)，實現(xiàn)帶電作業(yè)機器人的遙操作。

所述步驟三中手勢識別包括以下四個步驟

(1)手勢分割，把大部分與操作手勢輸入無關(guān)的背景過濾。

(2)用直方圖法對手勢進行建模。將人手臂等效為6自由度機械臂，分別對應(yīng)從手的6個自由度。

(3)運用位姿測量算法識別出手臂的各關(guān)節(jié)的位置和角度信息。

(4)將手臂的控制信息傳達(dá)給機械臂從手，給從手的6個電機傳送命令，控制機械臂進行帶電作業(yè)任務(wù)。