CN106531484A - 一种高压开关柜就地分闸自动操作机器人 - Google Patents

一种高压开关柜就地分闸自动操作机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压开关柜就地分闸自动操作机器人，包括电源、主控计算机、无线信号传输装置、遥控装置、机械臂、机械臂驱动系统、末端执行机构、末端执行机构控制系统、行走驱动系统、行走驱动机构、机器视觉系统和图像处理系统，主控计算机、机械臂驱动系统、末端执行机构控制系统、行走驱动系统均和电源相连；遥控装置发出控制命令给无线信号传输装置，无线信号传输装置将控制命令传输给主控计算机。本发明通过配合人工全程监控系统，能够完全自主操作开关柜紧急分闸闭锁手柄的旋转，按动开关打跳按钮，实现开关就地打跳和执行断路器小车进出操作，解决人工近距离操作高压开关柜的另一个难题。

Description

一种高压开关柜就地分闸自动操作机器人
技术领域
本发明涉及属于电力系统变电检修技术领域，具体涉及一种高压开关柜就地分闸自动操作机器人。
背景技术
在高压开关柜日常运行中，出现控制回路断线时，由于无法实现对其遥控及远跳，为了防止故障越级，必须就地断开该开关。由于开关带有负荷电流，一旦开关柜内出现接地或短路故障，可能发生爆炸，因此运行人员近距离现场手动打跳运行开关存在较大人身伤害风险。另外开关柜小车的进出操作，当开关真空包击穿或有短路故障时，运行人员同样也存在较大人身伤害风险。因此变电站内迫切需要能自动完成开关柜紧急分闸操作的机器人，既能保证设备操作的可靠性，又能规避人身伤害的风险。
发明内容
本发明目的在于提供一种高压开关柜就地分闸自动操作机器人，该操作系统通过配合人工全程监控系统，能够完全自主操作开关柜紧急分闸闭锁手柄的旋转，按动开关打跳按钮，实现开关就地打跳。本发明还能帮助执行断路器小车进出操作，同时解决人工近距离操作高压开关柜的另一个难题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种高压开关柜就地分闸自动操作机器人，包括电源、主控计算机、无线信号传输装置、遥控装置、机械臂、机械臂驱动系统、末端执行机构、末端执行机构控制系统、行走驱动系统、行走驱动机构、机器视觉系统和图像处理系统，
主控计算机、机械臂驱动系统、末端执行机构控制系统、行走驱动系统均和电源相连；遥控装置发出控制命令给无线信号传输装置，无线信号传输装置将控制命令传输给主控计算机；
所述机械臂驱动系统、末端执行机构控制系统、行走驱动系统、机器视觉系统、图像处理系统均和主控计算机相连并均受控于主控计算机，并和主控计算机进行信号传输，所述机械臂驱动系统用于驱动机械臂，所述末端执行机构控制系统用于驱动末端执行机构，行走驱动系统用于驱动行走驱动机构，机器视觉系统用于捕捉图像信号，并将图像信号传输给图像处理系统；图像处理系统用于对图像信号进行文字、数字识别，并将处理后的结果传递给主控计算机；
行走驱动机构和机械臂相连，机械臂和末端执行机构相连，所述末端执行机构上设置有压力传感器系统、方向传感器系统、位置传感器系统，压力传感器系统用于将执行系统执行过程中产生的压力信号传递给主控计算机用于控制执行力道，方向传感器系统用于将执行系统执行过程中的方向信号传递给主控计算机便于控向，位置传感器系统用于将执行系统执行过程中的位置信号传递给主控计算机便于定位。
所述机械臂包括俯仰机构、旋转机构、伸缩装置，所述俯仰机构、旋转机构、伸缩装置和末端执行机构均设置在行走驱动机构上，旋转机构设置在俯仰机构上并和伸缩装置相连，伸缩装置和末端执行机构相连能够带动末端执行机构沿着伸缩装置的伸缩方向前进或后退。
旋转机构带动伸缩装置转动的角度在水平方向的正负22.5°范围内。
所述压力传感器系统包括压力传感器，方向传感器系统包括方向传感器，位置传感器系统包括位置传感器，压力传感器、方向传感器和位置传感器三者均设置在末端执行机构上。
还包括基座，基座设置在底盘总成上，基座设置在底盘总成上且可以在底盘总成上平行移动底盘总成设置在行走驱动机构上，基座上还设置有摆臂，俯仰机构的一端和摆臂活动连接，且能够扣合在摆臂内。
机器视觉系统包括三个摄像头，一个摄像头设置在末端执行机构上，其余两个摄像头分别设置在行走驱动机构的前后方。
还包括扫描系统，扫描系统用于扫描目标高压柜的对应信息确保操作目标准确无误，扫描系统和主控计算机相连。
还包括判断系统，基于扫描系统，判断是否为目标高压开关柜。
机器视觉系统用于捕捉的图像信号是目标高压柜的名称图像信号和编号图像信号。
还包括和电源相连的电源管理系统，用于调节电源分配。
末端执行机构还包括底座，底座和机械臂连接，且底座上设置有底盘，底盘和底座旋转连接，底盘上设置有解锁执行销和六边形柱体，所述解锁执行销为2个，且以六边形柱体为中心轴对称分布在六边形柱体的两侧，解锁执行销的端头和闭锁手柄的锁孔相匹配，六边形柱体的自由端端面为内六边形，该自由端和控制断路器小车的摇柄孔大小相匹配。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过配合人工全程监控系统，能够完全自主操作开关柜紧急分闸闭锁手柄的旋转，按动开关打跳按钮，实现开关就地打跳；
2、本发明还能够帮助执行断路器小车进出操作，解决人工近距离操作高压开关柜的另一个难题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的框架示意图。
图2为本发明的局部结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-伸缩装置，2-旋转机构，3-基座，4-摆臂，5-俯仰机构，6-末端执行机构，7-底盘总成。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，一种高压开关柜就地分闸自动操作机器人，包括电源、主控计算机、无线信号传输装置、遥控装置、机械臂、机械臂驱动系统、末端执行机构6、末端执行机构控制系统、行走驱动系统、行走驱动机构、机器视觉系统和图像处理系统，
主控计算机、机械臂驱动系统、末端执行机构控制系统、行走驱动系统均和电源相连；遥控装置发出控制命令给无线信号传输装置，无线信号传输装置将控制命令传输给主控计算机；
所述机械臂驱动系统、末端执行机构控制系统、行走驱动系统、机器视觉系统、图像处理系统均和主控计算机相连并均受控于主控计算机，并和主控计算机进行信号传输，所述机械臂驱动系统用于驱动机械臂，所述末端执行机构控制系统用于驱动末端执行机构，行走驱动系统用于驱动行走驱动机构，机器视觉系统用于捕捉图像信号，并将图像信号传输给图像处理系统；图像处理系统用于对图像信号进行文字、数字识别，并将处理后的结果传递给主控计算机；
行走驱动机构和机械臂相连，机械臂和末端执行机构6相连，所述末端执行机构6上设置有压力传感器系统、方向传感器系统、位置传感器系统，压力传感器系统用于将执行系统执行过程中产生的压力信号传递给主控计算机用于控制执行力道，方向传感器系统用于将执行系统执行过程中的方向信号传递给主控计算机便于控向，位置传感器系统用于将执行系统执行过程中的位置信号传递给主控计算机便于定位。
实施时，机器人在指定位置待定，操作员通过遥控器发出启动指令后通过无线信号传输装置将指令传输给主控计算机，在主控计算机控制下，机器人通过机器视觉系统自动按照引导线循迹，行走到指定开关柜前，展开机械臂，通过方向传感器自动判别并调整姿态，通过机器视觉系统寻找操作目标，寻找到操作目标后，机器人伸出末端执行机构，再通过位置传感器接触目标，通过压力传感器调整力度，按顺序完成三项操作：旋转闭锁手柄、按动开关柜上手动分闸紧急按钮、执行开关小车进出操作。全部任务执行完毕后，缩回末端执行机构6，机械臂收拢，机器人前进到下一个要操作的开关柜前，当所有操作结束，机器人自动返回待命位置。
为便于理解，详细说明下旋转闭锁手柄、按动开关柜上手动分闸紧急按钮、执行开关小车进出操作的详细步骤：首先，机器人在指定位置待定，操作员通过遥控器发出启动指令后通过无线信号传输装置将指令传输给主控计算机，在主控计算机控制下，机器人通过机器视觉系统自动按照引导线循迹，行走到指定开关柜前，展开机械臂，通过方向传感器自动判别并调整姿态，通过机器视觉系统寻找到操作目标：闭锁手柄，寻找到闭锁手柄后，机器人伸出末端执行机构，再通过位置传感器接触闭锁手柄，再通过机械臂，将末端执行机构6插入闭锁手柄的锁孔中，当主控计算机收到末端执行机构控制系统传输回的动作执行完毕信号后，再发出旋转指令给末端执行机构控制系统和机械臂驱动系统，由末端执行机构控制系统根据压力传感器和位置传感器的信息反馈发出旋转指令给末端执行机构6，机械臂驱动系统通过压力传感器和位置传感器的信息反馈，驱动机械臂带动末端执行机构6执行旋转指令旋转闭锁手柄，当旋转到位时，位置传感器就将到位信号传递给末端执行控制系统和机械臂驱动系统，末端执行控制系统和机械臂驱动系统再和主控计算机通信，由主控计算机下发指令给末端执行控制系统和机械臂驱动系统，末端执行控制系统指令末端执行机构6停止旋转，机械臂驱动系统驱动机械臂带动末端执行机构6退出锁孔；
按动开关柜上手动分闸紧急按钮：机器视觉系统捕捉到手动分闸紧急按钮的图像信号，将图像信号传递给图像处理系统，图像处理系统将图像信号传递给主控计算机，主控计算机确认图像信号后，发出指令给末端执行控制系统和机械臂驱动系统，末端执行控制系统通过压力传感器和位置传感器的信息反馈，将位置移动指令和按压下发给末端执行机构6，机械臂驱动系统通过压力传感器和位置传感器的信息反馈，驱动机械臂带动末端执行机构6去按手动分闸紧急按钮，完成按动开关柜上手动分闸紧急按钮操作；
执行开关小车进出操作：与旋转闭锁手柄的操作类似。
位置传感器可以为接触式位置传感器如行程开关、二维矩阵式等，还可以为接近式位置传感器如电磁式、光电式、电涡流式、电容式、超声波式等。压力传感器可以为压变式压力传感器或者电阻应变式压力传感器。方向传感器可以为四方向传感器RPI-1031。
所述机械臂包括俯仰机构5、旋转机构2、伸缩装置1，所述俯仰机构5、旋转机构2、伸缩装置1和末端执行机构6均设置在行走驱动机构上，旋转机构2设置在俯仰机构5上并和伸缩装置1相连，伸缩装置1和末端执行机构6相连能够带动末端执行机构6沿着伸缩装置1的伸缩方向前进或后退。行走驱动机构可以为履带车，旋转机构2也为现有中常见的能够带动相关部件转动的装置，俯仰机构5为现有中常见的能够在竖直、水平以及介于竖直和水平之间的角度切换的装置，如固定俯仰机构5的一端，使其另一端为自由端，调整自由端的角度，使得俯仰机构5可以在竖直、水平以及介于竖直和水平之间的角度切换。末端执行机构6可以为现有机器人中常见的带有按压头的末端执行机构6。
旋转机构2带动伸缩装置1转动的角度在水平方向的正负22.5°范围内。
所述压力传感器系统包括压力传感器，方向传感器系统包括方向传感器，位置传感器系统包括位置传感器，压力传感器、方向传感器和位置传感器三者均设置在末端执行机构6上。
还包括基座3，基座3设置在底盘总成7上且可以在底盘总成7上平行移动底盘总成7设置在行走驱动机构上，基座3上还设置有摆臂4，俯仰机构5的一端和摆臂4活动连接，且能够扣合在摆臂4内。
机器视觉系统包括三个摄像头，一个摄像头设置在末端执行机构6上，其余两个摄像头分别设置在行走驱动机构的前后方。
还包括扫描系统，扫描系统用于扫描目标高压柜的对应信息确保操作目标准确无误。扫描系统的存在，可以使得机器人行走到指定开关柜前，能够扫描对应电子标签，确认位置无误后，机器人通过机器视觉系统自动识别开关柜上的文字、编号，再次确认开关柜的信息，避免出现搞错操作对象的问题。
还包括和电源相连的电源管理系统，用于调节电源分配。
末端执行机构6还包括底座，底座和机械臂连接，且底座上设置有底盘，底盘和底座旋转连接，底盘上设置有解锁执行销和六边形柱体，所述解锁执行销为2个，且以六边形柱体为中心轴对称分布在六边形柱体的两侧。解锁执行销的端头和闭锁手柄的锁孔相匹配，六边形柱体的自由端端面为内六边形，该自由端和控制断路器小车的摇柄孔大小相匹配。
当执行销旋转闭锁手柄时，就由末端执行机构6的解锁执行销进行操作，当执行按动开关柜上手动分闸紧急按钮和执行开关小车进出操作，就由六边形柱体进行操作。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压开关柜就地分闸自动操作机器人，其特征在于，包括电源、主控计算机、无线信号传输装置、遥控装置、机械臂、机械臂驱动系统、末端执行机构(6)、末端执行机构控制系统、行走驱动系统、行走驱动机构、机器视觉系统和图像处理系统，
主控计算机、机械臂驱动系统、末端执行机构控制系统、行走驱动系统均和电源相连；遥控装置发出控制命令给无线信号传输装置，无线信号传输装置将控制命令传输给主控计算机；
所述机械臂驱动系统、末端执行机构控制系统、行走驱动系统、机器视觉系统、图像处理系统均和主控计算机相连并均受控于主控计算机，并和主控计算机进行信号传输，所述机械臂驱动系统用于驱动机械臂，所述末端执行机构控制系统用于驱动末端执行机构(6)，行走驱动系统用于驱动行走驱动机构，机器视觉系统用于捕捉图像信号，并将图像信号传输给图像处理系统；图像处理系统用于对图像信号进行文字、数字识别，并将处理后的结果传递给主控计算机；
行走驱动机构和机械臂相连，机械臂和末端执行机构(6)相连，所述末端执行机构(6)上设置有压力传感器系统、方向传感器系统、位置传感器系统，压力传感器系统用于将执行系统执行过程中产生的压力信号传递给主控计算机用于控制执行力道，方向传感器系统用于将执行系统执行过程中的方向信号传递给主控计算机便于控向，位置传感器系统用于将执行系统执行过程中的位置信号传递给主控计算机便于定位。
2.根据权利要求1所述的高压开关柜就地分闸自动操作机器人，其特征在于，所述机械臂包括俯仰机构(5)、旋转机构(2)、伸缩装置(1)，所述俯仰机构(5)、旋转机构(2)、伸缩装置(1)和末端执行机构(6)均设置在行走驱动机构上，旋转机构(2)设置在俯仰机构(5)上并和伸缩装置(1)相连，伸缩装置(1)和末端执行机构(6)相连能够带动末端执行机构(6)沿着伸缩装置(1)的伸缩方向前进或后退。
3.根据权利要求1所述的高压开关柜就地分闸自动操作机器人，其特征在于，旋转机构(2)带动伸缩装置(1)转动的角度在水平方向的正负22.5°范围内。
4.根据权利要求1所述的高压开关柜就地分闸自动操作机器人，其特征在于，所述压力传感器系统包括压力传感器，方向传感器系统包括方向传感器，位置传感器系统包括位置传感器，压力传感器、方向传感器和位置传感器三者均设置在末端执行机构(6)上。
5.根据权利要求2所述的高压开关柜就地分闸自动操作机器人，其特征在于，还包括基座(3)，基座(3)设置在底盘总成(7)上且可以在底盘总成(7)上平行移动，底盘总成(7)设置在行走驱动机构上，基座(3)上还设置有摆臂(4)，俯仰机构(5)的一端和摆臂(4)活动连接，且能够扣合在摆臂(4)内。
6.根据权利要求1所述的高压开关柜就地分闸自动操作机器人，其特征在于，机器视觉系统包括三个摄像头，一个摄像头设置在末端执行机构(6)上，其余两个摄像头分别设置在行走驱动机构的前后方。
7.根据权利要求1所述的高压开关柜就地分闸自动操作机器人，其特征在于，还包括扫描系统，扫描系统用于扫描目标高压柜的电子标签确保操作目标准确无误，扫描系统和主控计算机相连。
8.根据权利要求1所述的高压开关柜就地分闸自动操作机器人，其特征在于，机器视觉系统用于捕捉的图像信号是目标高压柜的名称图像信号和编号图像信号。
9.根据权利要求1所述的高压开关柜就地分闸自动操作机器人，其特征在于，还包括和电源相连的电源管理系统，用于调节电源分配。
10.根据权利要求1-9任一项所述的高压开关柜就地分闸自动操作机器人，其特征在于，末端执行机构(6)还包括底座，底座和机械臂连接，且底座上设置有底盘，底盘和底座旋转连接，底盘上设置有解锁执行销和六边形柱体，所述解锁执行销为2个，且以六边形柱体为中心轴对称分布在六边形柱体的两侧，解锁执行销的端头和闭锁手柄的锁孔相匹配，六边形柱体的自由端端面为内六边形，该自由端和控制断路器小车的摇柄孔大小相匹配。
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