CN106737874A - 一种机械臂安全距离监控装置及监控方法 - Google Patents

一种机械臂安全距离监控装置及监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一种机械臂安全距离监控装置及监控方法，利用工频电场测量技术，以包括单片机、电场传感器、A/D转换器、机械臂驱动器和报警器的装置实现对机械臂安全距离的监控。避免操作人员暴露在强电场及磁场环境下，以经验判断机械臂与带电设备距离是否在安全距离范围内，提高机械臂与带电设备的安全距离判断的准确性，同时有效保护操作人员的人身安全。

Description

一种机械臂安全距离监控装置及监控方法
技术领域
本发明涉及安全距离监测技术领域，尤其涉及一种机械臂安全距离监控装置及监控方法。
背景技术
机械臂是指能够接收指令并定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业的自动化机械装置。随着科技的进步，机械臂在电力系统、工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事甚至太空探索等领域都得到广泛应用。随着电力作业自动化水平的提高，近年来在电力生产现场，已经普遍使用带有多关节机械臂的机器人进行现场作业。尤其是在变电站开展X射线数字成像检测作业时，借助机器人开展X射线检测，不仅可以提高工作效率，而且可以有效降低操作人员所承受的辐射。在实际生产现场，由于机械臂与带电设备之间的距离过小，且当机械臂与带电设备的之间的距离小于安全距离时，造成设备损坏和人身伤害的事故时常发生。因此，如何保证机械臂在作业过程中保持与带电设备的安全距离是成为现场作业的关键。
现有技术中，在机械臂进行现场作业时，操作人员需要近距离地观测机械臂的运作情况，并根据自身工作经验对机械臂进行实时调整。当操作人员判断机械臂与带电设备之间的距离大于安全距离时，确定机械臂可按照设定的轨迹运作；当操作人员判断机械臂与带电设备的之间距离处于临界安全距离时，操作人员需要立即调整机械臂并使其处于大于安全距离的位置，重新设置机械臂的运作轨迹，以确保机械臂的安全作业。
但是，上述技术方案在实际操作中，仅凭借操作人员的主观经验来对机械臂与带电设备的安全距离进行判断，存在一定误差，而当操作人员专注于作业内容很容易忽视机械臂与带电设备的距离，因此，上述技术方案无法有效保证设备的安全运作。除此之外，为了尽量减少视觉死角，在机械臂的作业过程中，操作人员需要近距离地观察机械臂的运作情况以确保其安全运作，而长时间暴露在强电场及磁场环境下对人体及其不利。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种机械臂安全距离监控装置及监控方法，用于解决电力行业中机械臂在作业过程与带电设备的安全距离监控问题。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种机械臂安全距离监控装置，所述机械臂安全距离监控装置包括单片机、电场传感器、A/D转换器、机械臂驱动器和报警器，其中：
所述电场传感器安装于机械臂上，所述电场传感器的输出端电连接至所述A/D转换器的输入端；
所述A/D转换器的输出端与所述单片机的信号输入端通信连接，所述单片机的信号输出端与所述机械臂驱动器的输入端通信连接，且所述机械臂驱动器的输出端与所述机械臂的驱动组件控制连接；
所述报警器与所述单片机的通信接口通信连接。
优选地，所述机械臂安全距离监控装置还包括键盘，其中：所述键盘与所述单片机的键盘接口通信连接。
优选地，所述机械臂安全距离监控装置还包括显示器，其中：所述显示器与所述单片机的显示器接口通信连接。
优选地，所述机械臂安全距离监控装置还包括定位器，其中：所述定位器安装于所述机械臂上，所述定位器与所述单片机的通信接口通信连接。
第二方面，本发明提供一种机械臂安全距离监控方法，用于对机械臂的工作过程进行监控，所述机械臂安全距离监控方法包括：采集机械臂所处场强内实时位置对应的电场强度；当所述电场强度大于或等于预置电场强度时，停止所述机械臂动作，进行报警；调整所述机械臂移动至预置安全位置；根据重新规划的所述机械臂的工作位置和工作路径，控制所述机械臂动作。
优选地，所述机械臂安全距离监控方法还包括：判断所述机械臂是否调整到预置安全位置；当所述机械臂调整至预置安全位置时，解除报警。
优选地，所述机械臂安全距离监控方法还包括：将所述电场强度以及预置电场强度发送至显示器，以便所述显示器显示所述电场强度以及预置电场强度；
获取定位器所定位的实时位置和预置安全位置，将所述实时位置和预置安全位置发送至显示器，以便所述显示器显示所述实时位置和预置安全位置。
优选地，所述机械臂安全距离监控方法还包括：获取用户发送的包含所述预置电场强度和预置安全位置的输入指令；根据所述输入指令，更新存储器中保存的预置电场强度和预置安全位置。
优选地，所述机械臂安全距离监控方法还包括：根据所述实时位置的电场分布情况，调整所述预置电场强度和预置安全位置。
优选地，所述采集机械臂所处场强内实时位置对应的电场强度，包括：采集机械臂所处场强内实时位置的工频电场信号；将所述工频电场信号转化为电压或者电流信号；将所述电压或者电流信号转化为数字信号；将所述数字信号转化为电场强度。
本发明提供的机械臂安全距离监控装置及监控方法，利用工频电场测量技术，以包括单片机、电场传感器、A/D转换器、机械臂驱动器和报警器的装置实现对机械臂安全距离的监控。避免操作人员暴露在强电场及磁场环境下，以经验判断机械臂与带电设备距离是否在安全距离范围内，提高机械臂与带电设备的安全距离判断的准确性，同时有效保护操作人员的人身安全。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种机械臂安全距离监控装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种机械臂安全距离监控装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种机械臂安全距离监控方法的流程示意图。
上述图1-图2中：1-单片机、2-电场传感器、3-A/D转换器、4-机械臂驱动器、5-报警器、6-键盘、7-显示器、8-定位器。
具体实施方式
本发明提供了一种机械臂安全距离监控装置及监控方法，用于解决电力行业中机械臂在作业过程与带电设备的安全距离监控问题。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种机械臂安全距离监控装置的结构示意图，图2为本发明实施例提供的另一种机械臂安全距离监控装置的结构示意图。对于机械臂安全距离监控装置的实施方式可以参看以下几个实施例：
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的一种机械臂安全距离监控装置包括单片机1、电场传感器2、A/D转换器3、机械臂驱动器4和报警器5，其中：电场传感器2安装于机械臂上，电场传感器2的输出端电连接至A/D转换器3的输入端；A/D转换器3的输出端与单片机1的信号输入端通信连接，单片机的信号输出端与机械臂驱动器4的输入端通信连接，且机械臂驱动器4的输出端与机械臂的驱动组件控制连接；报警器5与所述单片机1的通信接口通信连接。
使用时，电场传感器2可检测工作状态的机械臂所处位置的工频电场信号，并将工频电场信号转化成电流或者电压信号，电流或者电压信号经过放大电路和A/D转换器3后，以数字信号的形式被单片机1所接收，数字信号在单片机1经过处理和校准后，就可以得到当前空间范围内的电场强度；通过比较电场强度与预置电场强度的大小就可判断机械臂是否处于安全位置。
当电场强度大于或等于预置电场强度时，就说明机械臂已经处于危险区域，这时该机械臂安全距离监控装置将会停止机械臂的工作，并且自动发出报警信号。然后，驱动机械臂回到预置安全位置，重新规划机械臂的工作位置和工作路径，最后，驱动机械臂到达重新规划的工作位置，完成重新规划的工作路径。
当电场强度小于预置电场强度时，就说明机械臂处于安全区域，则控制机械臂继续当前动作。
实施例二
为了进一步完善实施方案，在实施例一的结构基础和工作原理上提供了实施例二，如图2所示，本发明实施例提供的另一种机械臂安全距离监控装置具有与实施例一提供的一种机械臂安全距离监控装置相同的结构组成外，还包括键盘6、显示器7和定位器8，其中：键盘6与单片机1的键盘接口通信连接；显示器7与单片机1的显示器接口通信连接；定位器8安装于机械臂上，定位器8与单片机1的通信接口通信连接。
使用时，除了直接在机械臂安全距离监控装置内设置预置电场强度和预置安全位置，还可以外接键盘6的方式，根据机械臂的工作环境的变化，及时更改预置电场强度和预置安全位置的设置，以更好地适应工况的变化；为了方便操作人员了解机械臂的工作状态和工作环境，设置显示器7显示预置电场强度和电场强度；另外在机械臂上设置定位器，实时跟踪机械臂的工作位置，并可通过显示器7显示机械臂的实时位置和预置安全位置，使操作人员可通过直观对比实时位置和预置安全位置，对机械臂的工作状态进行合理判断，更好完成机械臂的工作。
进一步地，为方便操作人员进行远程监控，除了有线连接外，报警器5与单片机1可以采用蓝牙无线连接、红外无线连接或者WIFI无线连接等无线连接方式，报警器5可选用声光报警器，以更醒目地提醒操作人员。
进一步地，为方便操作人员更换维修键盘6和显示器7，除了固定导线通信连接外，键盘6与单片机1可以采用USB通信连接；显示器7与单片机1可以采用USB通信连接。
进一步地，为方便操作人员安装定位器8，尤其是在活动的机械臂上安装设置，除了有线连接外，定位器8与单片机1可以采用蓝牙无线连接、红外无线连接或者WIFI无线连接等无线连接方式。
进一步地，机械臂安全距离监控装置还包括电池组，其中：电池组分别与单片机1、电场传感器2、A/D转换器3、机械臂驱动器4、报警器5、显示器7和定位器8电连接。
参见图3，图3为本发明实施例提供的一种机械臂安全距离监控方法的流程示意图。
如图3所示，本发明实施例提供的一种机械臂安全距离监控方法，包括以下步骤：
步骤S110，采集机械臂所处场强内实时位置对应的电场强度。
其中，电场强度是通过以下操作实现的：采集机械臂所处场强内实时位置的工频电场信号；将工频电场信号转化为电压或者电流信号；将电压或者电流信号转化为数字信号；将数字信号转化为电场强度。
步骤S120，判断电场强度是否大于或等于预置电场强度。
其中，一方面预置电场强度可以是预先设定的预置电场强度，还可以通过其他方式设置，另一方面可通过显示器直观反映预置电场强度和电场强度，
于是，步骤S120可优化为：获取用户发送的包含预置电场强度的输入指令；根据输入指令，更新存储器中保存的预置电场强度；判断电场强度是否大于或等于预置电场强度；将电场强度以及预置电场强度发送至显示器，以便显示器显示电场强度以及预置电场强度。
除此之外，步骤S120还可以优化为：根据实时位置的电场分布情况，调整预置电场强度；判断电场强度是否大于或等于预置电场强度；将电场强度以及预置电场强度发送至显示器，以便所述显示器显示电场强度以及预置电场强度。
步骤S130，当电场强度大于或等于预置电场强度时，停止机械臂动作，进行报警；否则，当电场强度小于预置电场强度时，继续机械臂动作。
步骤S140，调整机械臂移动至预置安全位置。
其中，第一方面预置安全位置可以是预先设定的预置安全位置，还可以通过其他方式设置，第二方面可通过增加定位器对机械臂的实时位置进行跟踪，第三方面，可通过显示器直观反映预置安全位置和实时位置。
于是，步骤S140可优化为：获取用户发送的包含预置安全位置的输入指令；根据输入指令，更新存储器中保存的预置安全位置；调整机械臂移动至预置安全位置；将实时位置以及预置安全位置发送至显示器，以便显示器显示实时位置以及预置安全位置；判断机械臂是否调整到预置安全位置；当机械臂调整至预置安全位置时，解除报警。
除此之外，步骤S140还可以优化为：根据实时位置的电场分布情况，调整预置安全位置；调整机械臂移动至预置安全位置；将实时位置以及预置安全位置发送至显示器，以便显示器显示实时位置以及预置安全位置；判断机械臂是否调整到预置安全位置；当机械臂调整至预置安全位置时，解除报警。
步骤S150，重新规划机械臂的工作位置和工作路径。
在本发明实施例中，可以根据电场强度和机械臂的长短等对机械臂的工作路径进行重新规划，具体规划方式在本发明实施例中并不详细提出。
步骤S160，根据重新规划的所述机械臂的工作位置和工作路径，控制机械臂动作。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种机械臂安全距离监控装置，其特征在于，所述机械臂安全距离监控装置包括单片机(1)、电场传感器(2)、A/D转换器(3)、机械臂驱动器(4)和报警器(5)，其中：
所述电场传感器(2)安装于机械臂上，所述电场传感器(2)的输出端电连接至所述A/D转换器(3)的输入端；
所述A/D转换器(3)的输出端与所述单片机(1)的信号输入端通信连接，所述单片机(1)的信号输出端与所述机械臂驱动器(4)的输入端通信连接，且所述机械臂驱动器(4)的输出端与所述机械臂的驱动组件控制连接；
所述报警器(5)与所述单片机(1)的通信接口通信连接。
2.根据权利要求1所述的机械臂安全距离监控装置，其特征在于，所述机械臂安全距离监控装置还包括键盘(6)，其中：
所述键盘(6)与所述单片机(1)的键盘接口通信连接。
3.根据权利要求1所述的机械臂安全距离监控装置，其特征在于，所述机械臂安全距离监控装置还包括显示器(7)，其中：
所述显示器(7)与所述单片机(1)的显示器接口通信连接。
4.根据权利要求1所述的机械臂安全距离监控装置，其特征在于，所述机械臂安全距离监控装置还包括定位器(8)，其中：
所述定位器(8)安装于所述机械臂上，所述定位器(8)与所述单片机(1)的通信接口通信连接。
5.一种机械臂安全距离监控方法，其特征在于，用于对机械臂的工作过程进行监控，所述机械臂安全距离监控方法包括：
采集机械臂所处场强内实时位置对应的电场强度；
当所述电场强度大于或等于预置电场强度时，停止所述机械臂动作，进行报警；
调整所述机械臂移动至预置安全位置；
根据重新规划的所述机械臂的工作位置和工作路径，控制所述机械臂动作。
6.根据权利要求5所述的机械臂安全距离监控方法，其特征在于，所述机械臂安全距离监控方法还包括：
判断所述机械臂是否调整到预置安全位置；
当所述机械臂调整至预置安全位置时，解除报警。
7.根据权利要求5所述的机械臂安全距离监控方法，其特征在于，所述机械臂安全距离监控方法还包括：
将所述电场强度以及预置电场强度发送至显示器，以便所述显示器显示所述电场强度以及预置电场强度；
获取定位器所定位的实时位置和预置安全位置，将所述实时位置和预置安全位置发送至显示器，以便所述显示器显示所述实时位置和预置安全位置。
8.根据权利要求5所述的机械臂安全距离监控方法，其特征在于，所述机械臂安全距离监控方法还包括：
获取用户发送的包含所述预置电场强度和预置安全位置的输入指令；
根据所述输入指令，更新存储器中保存的预置电场强度和预置安全位置。
9.根据权利要求5所述的机械臂安全距离监控方法，其特征在于，所述机械臂安全距离监控方法还包括：
根据所述实时位置的电场分布情况，调整所述预置电场强度和预置安全位置。
10.根据权利要求5所述的机械臂安全距离监控方法，其特征在于，采集机械臂所处场强内实时位置对应的电场强度，包括：
采集机械臂所处场强内实时位置的工频电场信号；
将所述工频电场信号转化为电压或者电流信号；
将所述电压或者电流信号转化为数字信号；
将所述数字信号转化为电场强度。
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