CN115256398A - 一种变电站室内多功能操作机器人 - Google Patents

一种变电站室内多功能操作机器人 Download PDF

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CN115256398A CN202211027753.2A CN202211027753A CN115256398A CN 115256398 A CN115256398 A CN 115256398A CN 202211027753 A CN202211027753 A CN 202211027753A CN 115256398 A CN115256398 A CN 115256398A
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Abstract

本发明涉及特种机器人技术领域，具体地说是一种变电站室内多功能操作机器人，底座上设置有激光雷达，陀螺仪和核心控制器，底座有避坑传感器、避障传感器和天线，底座上有核心控制板、放电检测传感器、安全触边传感器和支架，支架的顶部有双目云台，手臂座上有高精度六轴机械臂，上设置有操作工具和深度相机，通过深度相机通过二维码信息利用深度图矫正方法精确分析及计算末端工作与操作目标的位置关系，支架上设置有操作座，操作座通过转动轴与五轴联动地刀操作机构连接，本发明同现有技术相比，通过独特的结构和部件设计，可进入变电站实现开关柜各种倒闸操作任务，可以通过几何方式来识别姿态，满足在室内场景下鲁棒性好，精确度高的要求。

Description

一种变电站室内多功能操作机器人
技术领域
本发明涉及特种机器人技术领域，具体地说是一种变电站室内多功能操作机器人。
背景技术
随着国内变电站的数量增多，开关室设备也越来越多,对运维人员的需求量增加，目前变电站220KV以下实行无人值守，实行分片区运维班集中运维模式，变电站量增多，人站比降低，人均作业量在持续上升。
现有国内变电站开关室的运维模式主要是以人工巡检加人工操作模式或者机器人巡检加人工操作模式，运维人员人均工作量大，工作效率低，同时也易引起安全事故；同时在机器人操作时，通常采用固定数值来确保工具为指定状态，虽然有些通过图像方式来实现，但存在因为光线、标志物等无法对不同场景自适应调平或鲁棒性不足，易受干扰等问题。
因此，需要设计一种变电站室内多功能操作机器人，通过人机交互的模式自主进行开关柜各种倒闸操作任务，能全自主的完成开关室定期的巡检任务还能远程协助运维人员完成开关柜一系列倒闸操作任务，同时在识别深度图的几何方式来识别姿态，该方法在室内场景下鲁棒性较好，精确度较高，提高了运维人员人身安全和操作巡检效率，降低了人工成本。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种变电站室内多功能操作机器人，通过人机交互的模式自主进行开关柜各种倒闸操作任务，能全自主的完成开关室定期的巡检任务还能远程协助运维人员完成开关柜一系列倒闸操作任务，同时在识别深度图的几何方式来识别姿态，该方法在室内场景下鲁棒性较好，精确度较高，提高了运维人员人身安全和操作巡检效率，降低了人工成本。
为了达到上述目的，本发明提供一种变电站室内多功能操作机器人，包括底座，行走轮，支架，转动轴，激光雷达，陀螺仪，电机编码器，避障传感器，高精度避坑传感器，天线，双目云台，电池管理***，核心控制器，核心控制板，高精度六轴机械臂，操作工具，深度相机，三色灯，放电检测传感器，安全触边传感器和地刀操作机构，底座下四角安装有四个行走轮，底座上表面的前端分别设置有激光雷达，陀螺仪和核心控制器，底座下表面的前端设置有高精度避坑传感器，底座上表面的后端设置有避障传感器和天线，底座上表面中部设置有核心控制板，核心控制板的一侧设置有放电检测传感器，底座前后端支架上设置有安全触边传感器，底座后端设置有支架，支架的外侧设置有三色灯，三色灯下方支架上设置有紧急停止按钮，支架的顶部设置有双目云台，支架的中部平台上设置有操作座，操作座上安装有高精度六轴机械臂，高精度六轴机械臂上设置有操作工具和深度相机，操作座通过转动轴与地刀操作机构连接，转动轴底部设置有另一部深度相机，核心控制器与核心控制板信息交互，核心控制器通过天线与后台信息交互。
避障传感器为大角度超声波避障传感器。
电池管理***设置在底座下方的电池盒里。
放电检测传感器为特高频局部放电检测传感器。
双目云台配置有高清晰可见光相机和高精度的红外热像仪。
操作工具为四套。
地刀操作机构为五轴联动地刀操作机构。
电机编码器设置在行走轮内部。
一种变电站室内多功能操作机器人的工具姿态深度图矫正方法，通过深度相机通过二维码信息精确分析及计算末端工作与操作目标的位置关系，具体步骤为：
S1：采集深度图，将深度图转化为点云；
S2：使用布料模拟滤波算法，确定柜面平面区域与柜面上物体的区域；
S3：使用遍历平移的方式，计算出三个点周围点距离的平均值，从而确定三个柜面上的点位；三个点为深度相机扫描二维码信息后获取的A、B、C三点；
S4：根据点位和距离的几何关系计算出当前相机和工具端的姿态；
S1的具体方法为：定义柜面的深度为坐标轴的z轴的正方向，面对柜面的右边为x轴的正方向，面对柜面的上方为y轴的正方向，在此坐标系下，以深度图的左下角点对应的实际柜面上的点作为坐标原点，根据深度图上每个像素的值，创建这个柜面的点云；
S2的具体方法为：假设柜面是平放在地面上的，使用数学方法模拟一张布料从上而下的落到这个柜面上，即可获得哪些部分是孔洞，哪些部分是凸起的物体，以此找到柜面的主体平面；
S3的具体方法为：使用遍历的方式，计算出A、B、C三个点周围点距离的平均值，从而确定三个柜面上的点位，从S2当中的计算，获取深度图中的哪些像素点是柜子上的平面的点，哪些点是柜子上开关、孔洞的点，确定三个属于柜面的点A、B、C用于计算相机和工具姿态，点A是由左上角往右下角遍历的点，对于点Aij，ij是在深度图的横纵坐标，其B(i+m),j与Ci,(j+m)若都属于柜面点，则取这三个点，若不是，A移动到下一个点继续计算，若都没有，改变m值继续计算；
S4的具体方法为：在S3中获得了一组A、B和C点，由于A与B纵坐标相同，横坐标不同，将其用于计算相机的俯仰角度，其计算公式如下：
Figure BDA0003816423500000041
其中disB为点B的深度值，disA为A的深度信息，m为S3中设置的m值，s为每个像素点在柜面上的实际距离，由于机器人导航时会停留在固定的位置，所以这个值测定后是不变的，计算出这个俯仰角度，用A与C点即可测量出偏航的角度值。
S2包括以下步骤：
S21：建立方程：
Figure BDA0003816423500000042
X代表布料中的粒子在t时刻的位置，Fext(X,t)代表外部驱动因素(重力，碰撞)，Fint(X,t)代表内部驱动因素(粒子间的内部联系)，布料粒子的位置受到Fext(X,t)与Fint(X,t)两方面因素的影响；
外部因素，若只考虑外部因素，则布料粒子在t+Δt时刻可以推导计算为：
Figure BDA0003816423500000043
m为粒子的重量，设置为1，G为万有引力常数，需要设置时间Δt的步长即可得到下一时刻粒子因外部因素而到达的位置；
关于内部因素，为了模拟粒子之间的关系，任意选取两个相邻的粒子，如果两个粒子都是可移动的，则令二者往相反的方向移动同样的距离；如果一个是不可移动的，则移动另一个；如果两者具有相同的高度，则不进行移动，根据这个模拟准则，定义公式：
Figure BDA0003816423500000051
其中
Figure BDA0003816423500000052
为当前粒子需要移动的距离，当粒子可移动时，b等于1，不可移动时b等于0；pi为p0的相邻粒子，n是把点进行标准化到垂直方向上的单位向量(0，0，1)T；
S22：将S1当中的点云反转，由于是深度图生成的点云，其含有固定的点数，设置一个长宽规格与该点云相同的“布料”，在点云上方约一定距离处下落，先仅考虑公式(1)中的外部因素，计算出当前迭代次数下布料每个点的位置，判断每个点是否落到平面上，是否可以移动后根据公式(2)计算出需要位移的距离，重复这个两个计算，达到指定次数或已无粒子可以移动，如果S1的点云点与S2迭代后对应的布料粒子距离小于相对参数值时，则认为是柜面的点。
本发明同现有技术相比，通过独特的结构和部件设计，可进入变电站实现开关柜各种倒闸操作任务，结合深度相机对机器人工具姿态的深度图矫正方法，可以通过几何方式来识别姿态，满足在室内场景下鲁棒性好，精确度高的要求，提高了运维人员人身安全和操作巡检效率，降低了人工成本。
附图说明
图1为本发明的装置侧面示意图。
图2为本发明的装置立体图一。
图3为本发明的装置立体图二。
图4为本发明的装置立体图三。
图5为本发明的深度相机识别二维码后的点位定位示意图。
附图标记说明：
1为激光雷达，2为陀螺仪，3为电机编码器，4为避障传感器，5为避坑传感器，6为天线，7为双目云台，8为电池管理***，9为核心控制器，10为核心控制板，11为高精度六轴机械臂，12为操作工具，13为深度相机，14为三色灯，15为放电检测传感器，16为安全触边传感器，17为地刀操作机构，18为紧急停止按钮。
具体实施方式
现结合附图对本发明做进一步描述。
参见图1-5，本发明提供一种变电站室内多功能操作机器人，包括底座，行走轮，支架，转动轴，激光雷达1，陀螺仪2，电机编码器3，避障传感器4，高精度避坑传感器5，天线6，双目云台7，电池管理***8，核心控制器9，核心控制板10，高精度六轴机械臂11，操作工具12，深度相机13，三色灯14，放电检测传感器15，安全触边传感器16和地刀操作机构17，底座下四角安装有四个行走轮，底座上表面的前端分别设置有激光雷达1，陀螺仪2和核心控制器9，底座下表面的前端设置有高精度避坑传感器5，底座上表面的后端设置有避障传感器4和天线6，底座上表面中部设置有核心控制板10，核心控制板10的一侧设置有放电检测传感器15，底座前后端支架上设置有安全触边传感器16，底座后端设置有支架，支架的外侧设置有三色灯14，三色灯14下方支架上设置有紧急停止按钮18，支架的顶部设置有双目云台7，支架的中部平台上设置有操作座，操作座上安装有高精度六轴机械臂11，高精度六轴机械臂11上设置有操作工具12和深度相机13，操作座通过转动轴与地刀操作机构17连接，转动轴底部设置有另一部深度相机13，核心控制器9与核心控制板10信息交互，核心控制器9通过天线6与后台信息交互。
避障传感器4为大角度超声波避障传感器。
电池管理***8设置在底座下方的电池盒里。
放电检测传感器15为特高频局部放电检测传感器。
双目云台7配置有高清晰可见光相机和高精度的红外热像仪。
操作工具12为四套。
地刀操作机构17为五轴联动地刀操作机构。
电机编码器3设置在行走轮内部。
一种变电站室内多功能操作机器人的工具姿态深度图矫正方法，其特征在于，通过深度相机13通过二维码信息精确分析及计算末端工作与操作目标的位置关系，具体步骤为：
S1：采集深度图，将深度图转化为点云；
S2：使用布料模拟滤波算法，确定柜面平面区域与柜面上物体的区域；
S3：使用遍历平移的方式，计算出三个点周围点距离的平均值，从而确定三个柜面上的点位；三个点为深度相机13扫描二维码信息后获取的A、B、C三点；
S4：根据点位和距离的几何关系计算出当前相机和工具端的姿态；
S1的具体方法为：定义柜面的深度为坐标轴的z轴的正方向，面对柜面的右边为x轴的正方向，面对柜面的上方为y轴的正方向，在此坐标系下，以深度图的左下角点对应的实际柜面上的点作为坐标原点，根据深度图上每个像素的值，创建这个柜面的点云；
S2的具体方法为：假设柜面是平放在地面上的，使用数学方法模拟一张布料从上而下的落到这个柜面上，即可获得哪些部分是孔洞，哪些部分是凸起的物体，以此找到柜面的主体平面；
S3的具体方法为：使用遍历的方式，计算出A、B、C三个点周围点距离的平均值，从而确定三个柜面上的点位，从S2当中的计算，获取深度图中的哪些像素点是柜子上的平面的点，哪些点是柜子上开关、孔洞的点，确定三个属于柜面的点A、B、C用于计算相机和工具姿态，点A是由左上角往右下角遍历的点，对于点Aij，ij是在深度图的横纵坐标，其B(i+m),j与Ci,(j+m)若都属于柜面点，则取这三个点，若不是，A移动到下一个点继续计算，若都没有，改变m值继续计算；
S4的具体方法为：在S3中获得了一组A、B和C点，由于A与B纵坐标相同，横坐标不同，将其用于计算相机的俯仰角度，其计算公式如下：
Figure BDA0003816423500000081
其中disB为点B的深度值，disA为A的深度信息，m为S3中设置的m值，s为每个像素点在柜面上的实际距离，由于机器人导航时会停留在固定的位置，所以这个值测定后是不变的，计算出这个俯仰角度，用A与C点即可测量出偏航的角度值。
S2包括以下步骤：
S21：建立方程：
Figure BDA0003816423500000082
X代表布料中的粒子在t时刻的位置，Fext(X,t)代表外部驱动因素(重力，碰撞)，Fint(X,t)代表内部驱动因素(粒子间的内部联系)，布料粒子的位置受到Fext(X,t)与Fint(X,t)两方面因素的影响；
外部因素，若只考虑外部因素，则布料粒子在t+Δt时刻可以推导计算为：
Figure BDA0003816423500000091
m为粒子的重量，设置为1，G为万有引力常数，需要设置时间Δt的步长即可得到下一时刻粒子因外部因素而到达的位置；
关于内部因素，为了模拟粒子之间的关系，任意选取两个相邻的粒子，如果两个粒子都是可移动的，则令二者往相反的方向移动同样的距离；如果一个是不可移动的，则移动另一个；如果两者具有相同的高度，则不进行移动，根据这个模拟准则，定义公式：
Figure BDA0003816423500000092
其中
Figure BDA0003816423500000093
为当前粒子需要移动的距离，当粒子可移动时，b等于1，不可移动时b等于0；pi为p0的相邻粒子，n是把点进行标准化到垂直方向上的单位向量(0，0，1)T；
S22：将S1当中的点云反转，由于是深度图生成的点云，其含有固定的点数，设置一个长宽规格与该点云相同的“布料”，在点云上方约一定距离处下落，先仅考虑公式(1)中的外部因素，计算出当前迭代次数下布料每个点的位置，判断每个点是否落到平面上，是否可以移动后根据公式(2)计算出需要位移的距离，重复这个两个计算，达到指定次数或已无粒子可以移动，如果S1的点云点与S2迭代后对应的布料粒子距离小于相对参数值时(例如0.005米)，则认为是柜面的点。
实施例1：
一、
步骤1：机器人获取激光雷达1,电机编码器3,imu数据。
步骤2：激光帧间匹配,激光帧与地图匹配,预计相邻帧中间机器人的位姿变换。
步骤3：后端接受不同时刻前端里程计估计得到的机器人位姿,以及回环检测的信息,对它们进行优化,得到全局一致的轨迹和地图，里程计是通过电机编码器和陀螺仪计算的数据计算出来的X、Y方向的数值。
步骤4：最后输出slam地图，实现自主定位。
二、
步骤1：核心控制板10获取大角度超声波避障传感器4距离值、避坑传感器5的距离值、安全触边传感器16信息值。
步骤2：设置超声波传感器4与避坑传感器5预设值。
步骤3：获取距离值超过预设值时，核心控制板10停止驱动电机输出。
步骤4：核心控制板10接收到安全触边传感器16被触发的信息，停止驱动电机输出。
三、
步骤1：电池智能***8实时监测电池电芯的电量。
步骤2、后台***设置电池***低电量预置值。
步骤3、电池电量低于***设置预置值时、***启动返回充电命令。
步骤4、核心控制器9接收到返回充电命令，机器人根据预设定的路径自主返回到充电点充电。
四、
步骤1：可见光相机设置参数、红外热像仪设置参数。
步骤2：可见光相机拍照、红外热像仪拍照。
步骤3：图片与脚本信息匹配
步骤4：识别图片信息。
步骤5：输出结果。
五、
步骤1：机器人自主导航到达目标位置。
步骤2：六轴自由机械臂11通过***路径规划运行到目标位置。
步骤3：末端操作工具12根据***设定的任务选择对应的操作工具。
步骤4：深度相机13识别开关柜面二维码信息。
步骤5：调平机械臂11与末端工具姿态。
步骤6：深度相机13通过二维码信息运用深度图矫正方法精确分析及计算末端工作与操作目标的位置关系。
步骤7：深度相机13把分析数据值传送给核心控制器9。
步骤8：核心控制器9根据深度相机13传送的数据值及***任务引导末端工具对目标操作。
六、
步骤1：机器人自主导航到达目标位置。
步骤2：地刀机构17旋转轴旋转90°。
步骤3：地刀机构17上面转动轴底部的深度相机13识别二维码信息。
步骤4：地刀机构17五轴联动装置根据深度相机13信息调平地刀机构姿态。
步骤5：深度相机13通过二维码信息运用深度图矫正方法精确分析及计算地刀机构17与开关柜地刀装置的距离。
步骤6：深度相机13把分析距离值传送给核心控制器9。
步骤7：核心控制器9根据深度相机13传送的距离值引导地刀机构伸出轴对准开关柜分/合闸装置伸出。
步骤8：伸出到位后，旋转轴旋转，实现开关柜分/合闸装置的分闸与合闸。
七、步骤1：特高频局放传感器15探头与开关柜距离50cm。
步骤2：特高频局放传感器15探头检测开关柜内部释放的高频信号。
步骤3：特高频局放控制器获取高频信号，数据分析。
步骤4：数据分析结果通过天线6无线传输给后台服务器，并在后台服务器展示。
八、步骤1：核心控制器9与核心控制板10串口通讯。
步骤2：各个子***与核心控制器9通讯，信息传入核心控制器9。
步骤3：各个模块与核心控制板10相连，信息传入核心控制板10。
步骤4：机器人启动、运行实时监测各个模块及子***信息。
步骤5：机器人自检信息通过核心控制板10输出三色灯14颜色的变化显示。
九、步骤1：核心控制器9与车载AP通过网线连接，信息互相交互。
步骤2：车载AP通过天线与基站实现无线通讯。
步骤3：基站与后台***通过网线或者光纤通讯，实现信息交互。
步骤4：核心控制器通过车载-天线-基站与后台***实现信息交互。
十、步骤1：核心控制器9与核心控制板10串口通讯。
步骤2：核心控制器9与核心控制板10信息交互
十一、步骤1：***数据库配置巡检内容。
步骤2：根据不同的时间段，需要巡检不同内容的选择。
步骤3：后台***读取***数据库内容，并在任务管理中展示。
步骤4：后台***任务管理中根据需接选择4种巡检模式。
本发明从整体上解决了现有变电站人工耗费大，安全隐患多，即便使用机器人操作，也遇到通常使用简单的图像方式实现，遇到光线、标志物等无法对不同场景自适应调平或鲁棒性不足等的技术问题，通过独特的机器人结构设计结合深度图矫正方法，可有效自主建图、自主导航、自主充电、自主图像识别、自主红外热像仪测温、自主分析、导出结果和输出报表，机器人通过人机交互的模式自主进行开关柜各种倒闸操作任务，提高了运维人员人身安全和操作巡检效率，降低了人工成本和安全生产隐患。

Claims (10)

1.一种变电站室内多功能操作机器人，其特征在于，包括底座，行走轮，支架，转动轴，激光雷达(1)，陀螺仪(2)，电机编码器(3)，避障传感器(4)，高精度避坑传感器(5)，天线(6)，双目云台(7)，电池管理***(8)，核心控制器(9)，核心控制板(10)，高精度六轴机械臂(11)，操作工具(12)，深度相机(13)，三色灯(14)，放电检测传感器(15)，安全触边传感器(16)和地刀操作机构(17)，所述底座下四角安装有四个行走轮，所述底座上表面的前端分别设置有激光雷达(1)，陀螺仪(2)和核心控制器(9)，所述底座下表面的前端设置有高精度避坑传感器(5)，所述底座上表面的前端和后端分别设置有避障传感器(4)和天线(6)，所述底座上表面中部设置有核心控制板(10)，所述核心控制板(10)的一侧设置有放电检测传感器(15)，所述底座前后端支架上设置有安全触边传感器(16)，所述底座后端设置有支架，所述支架的外侧设置有三色灯(14)，所述三色灯(14)下方支架上设置有紧急停止按钮(18)，所述支架的顶部设置有双目云台(7)，所述支架的中部平台上设置有操作座，所述操作座上安装有高精度六轴机械臂(11)，所述高精度六轴机械臂(11)上设置有操作工具(12)和深度相机(13)，所述操作座通过转动轴与地刀操作机构(17)连接，所述转动轴底部设置有另一部深度相机(13)，所述核心控制器(9)与核心控制板(10)信息交互，所述核心控制器(9)通过天线(6)与后台信息交互。
2.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人，其特征在于，所述避障传感器(4)为大角度超声波避障传感器。
3.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人，其特征在于，所述电池管理***(8)设置在底座下方的电池盒里。
4.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人，其特征在于，所述放电检测传感器(15)为特高频局部放电检测传感器。
5.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人，其特征在于，所述双目云台(7)配置有高清晰可见光相机和高精度的红外热像仪。
6.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人，其特征在于，所述操作工具(12)为四套。
7.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人，其特征在于，所述地刀操作机构(17)为五轴联动地刀操作机构。
8.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人，其特征在于，所述电机编码器(3)设置在行走轮内部。
9.一种根据权利要求1所述变电站室内多功能操作机器人的工具姿态深度图矫正方法，其特征在于，通过所述深度相机(13)通过二维码信息精确分析及计算末端工作与操作目标的位置关系，具体步骤为：
S1：采集深度图，将深度图转化为点云；
S2：使用布料模拟滤波算法，确定柜面平面区域与柜面上物体的区域；
S3：使用遍历平移的方式，计算出三个点周围点距离的平均值，从而确定三个柜面上的点位；所述三个点为深度相机(13)扫描二维码信息后获取的A、B、C三点；
S4：根据点位和距离的几何关系计算出当前相机和工具端的姿态；
所述S1的具体方法为：定义柜面的深度为坐标轴的z轴的正方向，面对柜面的右边为x轴的正方向，面对柜面的上方为y轴的正方向，在此坐标系下，以深度图的左下角点对应的实际柜面上的点作为坐标原点，根据深度图上每个像素的值，创建这个柜面的点云；
所述S2的具体方法为：假设柜面是平放在地面上的，使用数学方法模拟一张布料从上而下的落到这个柜面上，即可获得哪些部分是孔洞，哪些部分是凸起的物体，以此找到柜面的主体平面；
所述S3的具体方法为：使用遍历的方式，计算出所述A、B、C三个点周围点距离的平均值，从而确定三个柜面上的点位，从所述S2当中的计算，获取深度图中的哪些像素点是柜子上的平面的点，哪些点是柜子上开关、孔洞的点，确定三个属于柜面的点A、B、C用于计算相机和工具姿态，点A是由左上角往右下角遍历的点，对于点Aij，所述ij是在深度图的横纵坐标，其B(i+m),j与Ci,(j+m)若都属于柜面点，则取这三个点，若不是，A移动到下一个点继续计算，若都没有，改变m值继续计算；
所述S4的具体方法为：在所述S3中获得了一组A、B和C点，由于A与B纵坐标相同，横坐标不同，将其用于计算相机的俯仰角度，其计算公式如下：
Figure FDA0003816423490000031
其中disB为点B的深度值，disA为A的深度信息，m为所述S3中设置的m值，s为每个像素点在柜面上的实际距离，由于机器人导航时会停留在固定的位置，所以这个值测定后是不变的，计算出这个俯仰角度，用A与C点即可测量出偏航的角度值。
10.根据权利要求9所述的一种变电站室内多功能操作机器人，其特征在于，所述S2包括以下步骤：
S21：建立方程：
Figure FDA0003816423490000041
所述X代表布料中的粒子在t时刻的位置，Fext(X,t)代表外部驱动因素(重力，碰撞)，Fint(X,t)代表内部驱动因素(粒子间的内部联系)，布料粒子的位置受到Fext(X,t)与Fint(X,t)两方面因素的影响；
所述外部因素，若只考虑外部因素，则布料粒子在t+Δt时刻可以推导计算为：
Figure FDA0003816423490000042
所述m为粒子的重量，设置为1，G为万有引力常数，需要设置时间Δt的步长即可得到下一时刻粒子因外部因素而到达的位置；
关于内部因素，为了模拟粒子之间的关系，任意选取两个相邻的粒子，如果两个粒子都是可移动的，则令二者往相反的方向移动同样的距离；如果一个是不可移动的，则移动另一个；如果两者具有相同的高度，则不进行移动，根据这个模拟准则，定义公式：
Figure FDA0003816423490000043
其中
Figure FDA0003816423490000044
为当前粒子需要移动的距离，当粒子可移动时，b等于1，不可移动时b等于0；pi为p0的相邻粒子，n是把点进行标准化到垂直方向上的单位向量(0，0，1)T；
S22：将所述S1当中的点云反转，由于是深度图生成的点云，其含有固定的点数，设置一个长宽规格与该点云相同的“布料”，在点云上方约一定距离处下落，先仅考虑所述公式(1)中的外部因素，计算出当前迭代次数下布料每个点的位置，判断每个点是否落到平面上，是否可以移动后根据所述公式(2)计算出需要位移的距离，重复这个两个计算，达到指定次数或已无粒子可以移动，如果所述S1的点云点与所述S2迭代后对应的布料粒子距离小于相对参数值时，则认为是柜面的点。
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