[发明专利]基于点云的带电作业机器人遥操作人员培训系统及方法

权利要求书

1.一种基于点云的带电作业机器人遥操作人员培训系统，其特征在于，包括深度相机、工控机以及与其相连的带有力反馈功能的主机械臂遥操作杆、带有力反馈功能的辅助机械臂遥操作杆；

所述深度相机用于采集实际作业环境的点云信息，工控机用于根据所述点云信息建立虚拟作业环境，其中包括虚拟主机械臂、虚拟辅助机械臂和虚拟环境中的其他物体，带有力反馈功能的主机械臂遥操作杆用于控制虚拟主机械臂运动，带有力反馈功能的辅助机械臂遥操作杆用于控制虚拟辅助机械臂运动；工控机还用于接收遥操作杆的信息，改变所述虚拟作业环境中虚拟机械臂的运动状态，并判断虚拟机械臂与周围虚拟环境物体的位置关系，且将虚拟机械臂与周围环境或者双机械臂之间发生碰撞的力反馈至遥操作杆；

基于上述系统的带电作业机器人遥操作人员培训方法，包括以下步骤：

步骤1、工控机对带电作业环境中的物体进行建模，并将模型存储至工控机的模型库中；

步骤2、深度相机采集实际作业环境点云信息，并结合步骤1的模型库实现实际作业场景的快速三维重构；

步骤3、遥操作人员操控带有力反馈功能的主机械臂遥操作杆、辅助机械臂遥操作杆，工控机根据带有力反馈功能的遥操作杆末端的速度及方向控制虚拟机械臂进行相应的运动，并相应地反馈操作结果至遥操作人员；所述工控机根据带有力反馈功能的遥操作杆末端的速度及方向，控制虚拟机械臂完成相应运动，具体为：

步骤3-1、工控机获取带有力反馈功能的遥操作杆末端的速度及方向；

步骤3-2、对所述速度进行滤波处理，获得平滑的速度；

步骤3-3、通过坐标系转换将所述平滑速度、方向分别映射至虚拟机械臂在虚拟作业场景中的速度及位置；

步骤3-4、根据步骤3-3获得的速度及位置，利用运动学逆解获取虚拟机械臂各个关节角的角速度及角度；

步骤3-5、工控机根据步骤3-4获得的角速度及角度，控制虚拟机械臂进行相应的运动，在此过程中，工控机实时判断虚拟机械臂是否与虚拟环境的物体发生碰撞，若发生碰撞则根据遥操作杆的速度在相应的遥操作杆上反馈相应大小的力。

2.根据权利要求1所述的基于点云的带电作业机器人遥操作人员培训系统，其特征在于，步骤1所述工控机对实际作业环境进行建模，具体为：

针对静态物体，采用基于图像的建模方法进行建模；

针对动态物体，采用基于模型的建模方法进行建模。

3.根据权利要求1所述的基于点云的带电作业机器人遥操作人员培训系统，其特征在于，步骤2所述深度相机采集实际作业环境点云信息，并结合步骤1的模型库实现实际作业场景的快速三维重构，具体为：

步骤2-1、深度相机采集实际作业环境中每个物体的点云信息；

步骤2-2、工控机对点云数据进行预处理，其中预处理包括降噪、去除离群点；

步骤2-3、将每个物体的点云与步骤1中模型库中的模型进行匹配，若该物体为模型库中的已有物体，则直接采用该模型，反之对点云进行重构，从而实现实际作业场景的快速三维重构。

4.根据权利要求1所述的基于点云的带电作业机器人遥操作人员培训系统，其特征在于，步骤3-2所述对速度进行滤波处理，具体采用卡尔曼滤波实现。