基于超聲測距及圖像識別的水沖洗機器人瞄準系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及變電站自動化控制領域，具體涉及基于超聲測距及圖像識別的水沖洗機器人瞄準系統及方法。
【背景技術】
[0002]變電站絕緣子由于置身戶外，當前由于環境治理尚不完善等原因，彌漫于空氣中的工業污穢和自然污穢易沉積在絕緣子表面形成污穢層。這些含有鹽、酸、堿性成分的污穢遇到霧和陰雨等潮濕氣候條件下，絕緣子表面的污穢層被濕潤，電導增大，絕緣性能下降，泄漏電流急劇增加，其閃絡電壓大大降低，此時就可能發生污穢閃絡，這將嚴重影響電網系統的穩定運行。因此，定期對室外變電站內的絕緣子的除污工作是十分重要的。
[0003]帶電水沖洗工作作為電氣設備有效防止污閃事故的措施之一被普遍采用。目前，變電站帶電水沖洗作業大都采用人工方式，操作人員需工作在高壓帶電設備附近，手持設備對設備進行沖洗，作業環境相對危險，且工作量很大，嚴重影響了水沖洗作業的效率。為解決上述問題，國內外許多機構都對此進行了深入的研究，主要的研究成果包括:
[0004]1、國家知識產權局于2013年12月25日授權的專利號為201010617220.0名稱為“帶電水沖洗雙水柱激射沖洗方法及裝置”的專利中提出了一種帶電水沖洗雙水柱激射沖洗方法及裝置，該實用新型采用成一定角度安裝的雙槍，利用由于相互的擠壓，由束狀轉化為輻射狀的水流對需要清洗的帶電設備進行清洗，能夠防止產生死角及死區，并能夠控制沖擊力，防止對帶電設備的損害，減小濺射長度及區域；使用電力、液壓動力驅動元件可實現自動化控制，保障作業精確度，提高了作業的安全性。
[0005]2、國家知識產權局于2012年10月10日授權的專利號為201220084719.4名稱為“變電站帶電水沖洗水射流智能化控制裝置”的專利中提供一種變電站帶電水沖洗水射流智能化控制裝置，該裝置包括:PLC控制單元、觸摸屏人機操作界面、寬輸入直流穩壓電源單元、多路電磁閥單元、開關狀態檢測單元、信號檢測傳感器單元；所述寬輸入直流穩壓電源單元還與所述PLC控制單元、觸摸屏人機操作界面、多路電磁閥單元、開關狀態檢測單元、信號檢測傳感器單元分別相連接，所述PLC控制單元還與所述觸摸屏人機操作界面、多路電磁閥單元、開關狀態檢測單元、信號檢測傳感器單元分別相連接。通過本實用新型提供的裝置能夠對變電站帶電水沖洗車進行準確而高效的控制。
[0006]上述研究都取得了一定程度上的有益效果，但仍存在如下問題:
[0007]1、在水沖洗過程中，由于作業端的作業高度較高(大概為7-8米)，單憑操作人員的肉眼很難觀測到當前機器人要沖洗哪個設備及要沖洗設備的沖洗位置等信息，這就嚴重制約了系統的實用性。
[0008]2、上述水沖洗裝置或系統，雖然引入了一定程度的自動化裝置，但水沖洗作業仍然需要操作人員的全程操作，其智能化水平較低，無法滿足水沖洗作業的智能化要求。
【實用新型內容】
[0009]為解決現有技術存在的不足，本實用新型公開了基于超聲測距及圖像識別的水沖洗機器人瞄準系統及方法，通過引入視覺監控系統，將作業端的實時圖像傳輸到地面，方便操作人員及時了解將要沖洗設備和沖洗的位置，并通過機器視覺監控系統實現機器人水沖洗的視覺弓I導控制，實現變電站水沖洗作業的智能化和自主化。
[0010]為實現上述目的，本實用新型的具體方案如下:
[0011]基于超聲測距及圖像識別的水沖洗機器人瞄準系統，包括:網絡攝像機及激光在線式超聲測距儀，工業控制計算機接收網絡攝像機及激光在線式超聲測距儀采集的信號；
[0012]所述激光在線式超聲測距儀安裝在噴水機構的水槍的后部上方，安裝方向與水槍方向一致，激光在線式超聲測距儀在觀測設備上方打上紅色光斑，該紅色斑點位置即為水沖洗的位置，所述網絡攝像機采集現場圖像，利用顏色識別算法，對紅色斑點自動識別，從而得到紅色斑點在圖像空間中的坐標信息，進而確定水槍打擊位置，將得到的水槍打擊位置信息反饋給機器人控制器，控制機器人運動，控制水槍打擊位置位于指定的位置，從而實現變電站水沖洗機器人的視覺伺服控制。
[0013]所述網絡攝像機通過無線路由器及無線網卡與工業控制計算機通訊，所述激光在線式超聲測距儀通過無線收發射裝置與工業控制計算機通訊。工業控制計算機還通過機器人控制器與噴水機構相連。
[0014]所述網絡攝像機固定安裝在噴水機構后上方，向工業控制計算機傳送作業端的實時圖像信息。
[0015]所述無線收發射裝置采用ZIGBEE通訊協議，其中發送端通過串口與激光在線式超聲測距儀連接，接收端通過串口與工業控制計算機連接，通過所述無線收發裝置實現對激光在線式超聲測距儀獲取的距離信息的采集。
[0016]所述無線網卡通過USB總線與工業控制計算機連接，其通過無線路由器實現網絡攝像機與工業控制計算機的無線網絡連接。
[0017]所述噴水機構包括水槍及水槍的安裝平臺，該安裝平臺具有兩個自由度，能夠水平和垂直轉動，水槍通過絕緣水管與制水設備連接。
[0018]所述顏色識別算法即將網絡攝像機采集的視頻圖像由RGB空間轉換到HSV空間，在色彩H空間中利用閾值分割算法即可實現對紅色斑點的自動識別，從而得到紅色斑點在圖像空間中的坐標信息。
[0019]基于超聲測距及圖像識別的水沖洗機器人瞄準系統的方法，包括:
[0020]I)首先在工業計算機中顯示的圖像中指定目標沖洗點的坐標(DstX，DstY)，DstX、DstY分別為圖像中橫坐標和縱坐標，單位為像素；
[0021]2)利用顏色識別算法實現紅色斑點的識別定位，設其坐標為(SrcX，SrcY)，SrcX,SrcY分別為圖像中橫坐標和縱坐標，單位為像素；
[0022]3)計算目標沖洗點與紅色斑點的坐標間的坐標偏差(DX，DY)其計算公式如下:
[0023]DX = DstX-SrcX, DY = DstY-SrcY ；
[0024]4)橫向調整，對DX的值進行判斷，若DX的絕對值小于給定閾值T，則停止噴水機構橫向運動，若DX大于T則控制噴水機構向右運動，若DX小于-T則控制噴水機構向左運動；
[0025]5)縱向調整，對DY的值進行判斷，若DY的絕對值小于給定閾值T，則停止噴水機構縱向運動，若DY大于T則控制噴水機構向下運動，若DY小于-T則控制噴水機構向上運動；
[0026]6)對(DX，DY)的值進行判斷，若DX和DY的絕對值都小于給定閾值T則跳轉到步驟(7)，否則跳轉到步驟(3);
[0027]7)控制過程結束。
[0028]激光在線式超聲測距儀通過無線發射與接收裝置與工業控制計算機連接，并向工業控制計算機實時傳送水沖洗機器人噴水機構與被沖洗設備間的作業距離信息。激光在線式超聲測距儀，測量時會在觀測設備上方打上紅色光斑，操作人員通過觀察網絡攝像機回傳的視頻信息中的紅色光斑信息就可判斷出此時將要沖洗的設備及沖洗位置。這樣，地面操控人員可以直觀的對沖洗的過程進行視頻的監視。
[0029]基于超聲測距及圖像識別的水沖洗機器人瞄準系統不僅可以實現對作業過程的視頻監控，而且可以通過機器視覺監測系統實現對變電站水沖洗機器人系統的視覺引導控制。
[0030]本實用新型的有益效果:
[0031]激光在線式超聲測距儀安裝在噴槍的后部，安裝方向與水槍方向一致，其會在觀測設備上方打上紅色光斑，由于水沖洗作業時，水壓較大，水槍噴射水柱近似為直線，故該紅色斑點位置即為水沖洗的位置。所述網絡攝像機采集現場圖像，利用顏色識別算法，對紅色斑點的自動識別，從而得到紅色斑點在圖像空間中的坐標信息，進而可確定水槍打擊位置。將通過圖像分析得到的水槍打擊位置信息反饋給機器人控制器，控制機器人運動，控制水槍打擊位置位于人工指定的位置，從而實現變電站水沖洗機器人的視覺伺服控制。
[0032]具體的優點體現在:
[0033]1、高壓帶電水沖洗機器人視覺監控系統通過攝像機向地面操作人員提供操作端作業畫面，有