[发明专利]配网带电作业机器人的环境立体感知与安全预警保护系统及方法

权利要求书

1.一种配网带电作业机器人的环境立体感知与安全预警保护系统，其特征在于，主要包括三维激光雷达、高清摄像机、数据传输装置、服务器，三维激光雷达与高清摄像机通过数据传输装置与服务器连接；

所述三维激光雷达与高清摄像机设置在配网带电作业机器人的升降杆上，用于获得配网带电作业现场的三维点云数据和高清图像；

所述服务器用于图像处理、三维重构配网作业场景、对机器人与作业场景模型之间的碰撞进行预警和机器人动作安全保护停止。

2.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人的环境立体感知与安全预警保护系统，其特征在于，所述高清摄像机采用全景相机或双目相机。

3.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人的环境立体感知与安全预警保护系统，其特征在于，所述数据传输装置采用光纤传输装置。

4.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人的环境立体感知与安全预警保护系统，其特征在于，所述服务器位于操作配网带电作业机器人的地面平台上。

5.一种配网带电作业机器人的环境立体感知与安全预警保护方法，包括以下步骤：

S1：利用所述三维激光雷达与高清摄像机获得配网带电作业现场的三维点云数据和全景图像；

S2：将所述三维点云数据和全景图像通过所述数据传输装置传输至所述服务器，进行三维重构，获得配网作业场景的立体模型；

S3：根据作业场景的立体模型、高压电缆位置与机器人的机械臂的模型、姿态进行汇总，判断工作状态是否安全，对机器人与作业场景模型之间的碰撞进行预警和机器人动作安全保护停止。

6.根据权利要求5所述的配电网作业机器人的环境立体感知与安全预警保护方法，其特征在于，步骤S2中，三维重构过程采用深度神经网络的语义分割方法，通过大量分好类的图像数据集，训练出可以识别配网作业场景中各种目标物体的深度学习网络，将点云和图像中的像素进行分类，并对应作业场景中的设备、高压电缆，获得配网作业场景的立体模型。

7.根据权利要求5所述的配电网作业机器人的环境立体感知与安全预警保护方法，其特征在于，步骤S3中，配网带电作业机器人在作业过程中，通过其运动轨迹和作业场景模型之间的碰撞检测计算，判断工作状态是否安全。

8.根据权利要求7所述的配电网作业机器人的环境立体感知与安全预警保护方法，其特征在于，所述碰撞检测计算采用人工势场法，通过人为赋予目标点q_goal一个假想引力场和障碍物j一个假想斥力场；具体包括以下步骤：

S3.1：障碍物j的斥力场给机械臂提供一个与机械臂连杆i与障碍物的最小距离d_i(j)成正比的斥力U_repi(j)：

Q_j为障碍物j势力场的引力场作用距离，n_i为势力场参数；

目标点的引力场给机械臂提供一个与机械臂末端与目标点的最小距离d_g成正比的引力U_aat(g)：

d_g^*为距离目标点的阈值距离，ε_i为为势力场参数；

S3.2：叠加势场，构建一个目标点为最小极值点的势场函数；

S3.3：通过梯度下降法可找到一条从初始位置到目标点的路径，实现机械臂的防碰撞路径规划。