【摘要】：論文針對一種應用于智能變電站隔離斷路器連接金具帶電裝拆機器人視覺精確定位的相關算法、誤差分析以及標定方法等展開分析研究。隔離斷路器連接金具帶電裝拆過程可以簡化為孔銷裝配與拆卸作業(yè),但區(qū)別于傳統(tǒng)的孔銷裝拆作業(yè),隔離斷路器金具工作環(huán)境位于戶外,且一般作業(yè)高度為5-6米,且其作業(yè)過程必須是在110kV帶電環(huán)境下作業(yè),因而對視覺系統(tǒng)的作業(yè)流程、算法、標定過程以及可靠性等,均提出極大的挑戰(zhàn)。論文主要研究內(nèi)容包括:(1)針對適用于智能變電站隔離斷路器連接金具帶電裝拆的孔銷裝配作業(yè)流程,對包括相機、鏡頭和光源的孔銷精確定位系統(tǒng)進行詳細方案設計與選型計算,并根據(jù)室外光照條件多變的限制和高壓強電磁干擾安全距離的要求,對遮光以及等電位系統(tǒng)進行結構設計,以滿足視覺系統(tǒng)等電位作業(yè)工藝需求。(2)針對單雙臂機器人系統(tǒng)的視覺標定,研究單機器人標定以及雙臂機器人基坐標系相對位姿自動化標定算法與流程,建立單機器人標定得到相機內(nèi)部參數(shù)和相機坐標系與機器人工具坐標系相對關系矩陣以及雙臂機器人基坐標系相對關系矩陣,并對標定可能的誤差展開分析研究,以滿足高空孔銷裝拆的精確位姿定位需求。(3)針對視覺定位特征圖像的設計,對以平面的單射性為前提的點、線、圖形視覺定位特征展開對比分析,并基于定位位姿精度需求,設計等距異構三圓特征方案,并對特征圖像的有效性展開分析驗證。(4)針對面向孔銷配合的單目視覺算法,設計了圖像識別算法,包括基于Otsu法的閾值分割、Canny算子邊緣提取,得到橢圓輪廓后進行擬合,通過三點成一面的原理重構了相機坐標系下的特征坐標系,將結果直接轉換到其在機器人基坐標系下的位姿。為了提高算法精度,又設計了基于像素空間的調(diào)整方法,排除了光軸方向計算不準帶來的誤差。當銷松緊任務完成后,將定位結果轉換為執(zhí)行孔任務的機器人應到達的位姿。針對能否標定得到雙機器人基坐標系關系的兩種情況,設計了兩種位姿變換方法,基坐標系關系直接求解法和預標定相對變化法。最后討論了視覺定位的可能誤差來源。(5)本文對相機標定和視覺定位過程中可能的誤差來源進行了實驗驗證,并對相機的拍照角度、姿態(tài)對計算結果影響及視覺算法的收斂性以及不同光照條件下對圖像識別算法的精度等展開實驗對比驗證分析,證明了視覺算法的準確性和魯棒性。
【圖文】：

本課題研究的基于單目視覺孔銷精確定位方法針對孔銷精確定位、孔銷提出算法，應用于智能變電站隔離斷路器帶電自動檢修平臺，其工作條高空、110kV 高壓強電磁干擾、室外未知光照、未知孔銷位姿。因此法的設計除了要適應一般的孔銷定位問題，還需要針對復雜工作環(huán)境進由于電氣設備位于高壓變電站中，由人工進行不斷電手動操作危險性非需要研制機器人來進行帶電作業(yè)。在世界范圍內(nèi)，帶電作業(yè)機器人的研以追溯到 20 世紀 80 年代初。日本從 1984 年開始分別研制出了三代帶人，其中新一代全自主機器人采用了視覺定位系統(tǒng)來對作業(yè)過程進行輔在 1985 年研制出了由液壓驅動的人工遙控機器人；加拿大、法國、西也在 20 世紀 90 年代獲得了相關成果[1][2]。我國帶電作業(yè)機器人研制起步較晚，目前研制的帶電作業(yè)機器人仍需要人工進行遙控，自動化程度較低[3]。因此，盡快研制出以視覺定位為核帶電檢修機器人，不僅能夠提高供電可靠性、保障經(jīng)濟效益，同時也是科技實力的一種方式[4]。

圖 2-6 視覺系統(tǒng)軟件功能架構Fig.2-6 Framework of software functions of vision system關內(nèi)容軟件基于 Halcon 處理軟件，，該軟件的函數(shù)庫算子可a 等格式；與系統(tǒng)集成的語言選擇 C#。小結計了適用于智能變電站隔離斷路器連接金具帶電裝拆的孔銷硬件和軟件部分。硬件部分的設計根據(jù)機器人系統(tǒng)的工作任般的視覺系統(tǒng)基礎之上進行了優(yōu)化，設計出適合于室外未知擾下的系統(tǒng)；隨后根據(jù)物理參數(shù)對所需相機、鏡頭和光源進適合于該視覺定位系統(tǒng)所需功能的軟件，包括標定用軟件和
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP242;TM63

【參考文獻】

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本文編號：2685307