[发明专利]一种除冰机器人视觉系统构建及控制方法

摘要

本发明公开了一种除冰机器人视觉系统构建及控制方法,所述方法包括以下步骤第一步，除冰机器人本体与视觉系统的设计；第二步，基于图像局部特征的输电线路障碍物识别与定位研究；第三步，基于输电线路障碍物形状特征的障碍物识别方法；第四步，除冰机器人基于图像的视觉伺服控制方法；第五步，除冰机器人的研制与实验。本发明的除冰机器人视觉系统构建及控制方法，针对除冰机器人的运动机构和视觉系统进行视觉控制方法的研究，视觉控制方法研究目的为实现除冰机器人理解和识别自身工作环境的同时，构造视觉反馈控制模型，以视觉伺服控制为主要控制方法，自主引导和控制除冰机器人完成在线工作任务。

主权项

一种除冰机器人视觉系统构建及控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步，除冰机器人本体与视觉系统的设计，针对除冰机器人特殊的工作环境与任务要求，在参考巡线机器人研究经验的基础上，提出和设计了两种可行的除冰机器人方案；第二步，基于图像局部特征的输电线路障碍物识别与定位研究，对除冰机器人在线拍摄的障碍物图像观察后，提出利用障碍物图像局部特征进行障碍物目标识别与定位；a.收集机器人在线行走时拍摄的各种障碍物样本图像，然后提取障碍物图像区域的SURF特征构造障碍物SURF特征模板库；b.将在线拍摄实时图像的SURF特征与模板图像特征匹配，若达到匹配条件则认为匹配成功，即认为当前图像中存在模板图像同类的障碍物；c.初步匹配成功后，选取4对以上的匹配点计算模板图像与实时图像平面间的单应性矩阵，再用单应性矩阵将事先设置的模板图像中离相机最近的点映射到当前实时图像中，把该点坐标代入单目测距计算式得出机器人与障碍物之间的距离，机器人在了解前方障碍的类型和距离信息后可实现在线行走的导航控制；第三步，基于输电线路障碍物形状特征的障碍物识别方法，a.介绍了除冰机器人在线行走时，根据输电线上各种附件的外形特征进行障碍物判断识别的方法；b.利用图像小波矩特征值作为障碍物识别的根据，并把小波矩特征向量输入到训练好的神经网络中进行目标识别，利用神经网络的自适应识别能力识别出各种障碍物来；第四步，除冰机器人基于图像的视觉伺服控制方法，在分析除冰机器人环境特点和越障机理的基础上，提出了基于图像的越障视觉伺服控制方案，除冰机器人利用反馈图像与期望图像间的误差控制动作执行，实现在线行走与越障工作；根据机器人自身特点推导了图像雅可比矩阵，将图像特征变化量映射成机器人关节控制量，从而构成机器人闭环的运动控制；提出基于神经网络的图像视觉伺服控制方法，以进一步提高机器人伺服控制速度，避免了传统视觉伺服中的相机标定和图像雅可比矩阵的求逆，大大减少了计算量，提高了图像视觉伺服的响应速度；第五步，除冰机器人的研制与实验，介绍除冰机器人的运动和除冰机构的机械的实验和研制过程，详细分析了除冰机器人的关键技术，介绍机器人机械结构的设计方法、电机与控制系统的设备构成；在整机装配完成后，分别对各部分进行测试和整体调试，最后介绍了除冰机器人的在线行走和除冰试验情况。