[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

说明书

本发明公开了一种基于点云的带电作业机器人遥操作人员培训系统及方法，该系统包括深度相机、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、辅助机械臂遥操作杆。该方法包括：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；深度相机采集实际作业环境点云信息，并结合模型库实现实际作业场景的快速三维重构；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，并相应的反馈操作结果至遥操作人员。本发明使被培训人员具备力觉临场感，提高了培训的有效性，避免直接操作损坏实际机械臂。

技术领域

本发明属于带电作业机器人遥操作人员培训领域，特别是一种基于点云的带电作业机器人遥操作人员培训系统及方法。

背景技术

随着机器人技术的蓬勃发展，机器人在现代生产生活中的应用也愈发广泛。目前，我国高压带电作业，仍然采用绝缘手套作业法，要求操作人员攀爬高压铁塔或借助绝缘斗臂车进行带电作业。为了避免带电作业时人员伤亡事故的发生，使用带电作业机器人代替人工进行电力维护检修工作具有十分重要的现实意义。然而带电作业环境的非结构化使得带电作业机器人实现完全自主作业有较大的难度，仍旧需要操作人员配合机器人合作完成带电作业任务。

由于机器人需要在高空进行带电作业，操作人员只能通过平面相机拍摄到的图像进行遥操作，控制机械臂运动，平面图像造成的视觉差对操作人员提出了极高的要求。若操作失误导致机械臂与周围环境障碍物发生碰撞，会对机械臂造成不可逆的损伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有力觉临场感、更有效的带电作业机器人遥操作人员培训系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：基于点云的带电作业机器人遥操作人员培训系统，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。

基于点云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，并相应的反馈操作结果至遥操作人员。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明提出的基于点云的带电作业遥操作人员培训系统及方法，可帮助操作人员对机械臂的运动学有更深入的了解，同时适应在远端通过遥操作杆控制机器人进行作业，避免了操作人员在不熟练的情况下直接对实际机器人系统进行操作带来的损害；2)利用点云信息构建虚拟作业环境时，结合对配电线路环境中常见物体建立的模型库，减少了需要重构的点云的数量，进而提高基于点云的环境重构的速度；3)通过具有力反馈功能的遥操作杆控制虚拟机械臂运动，并在虚拟机械臂与虚拟环境中的物体发生碰撞时根据遥操作杆末端的速度，在遥操作杆上即操作人员的手上反馈相应大小的力，为操作人员提供力觉临场感，提高训练的有效性。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明