CN110788830A - 一种移动操作机器人及配电间智能机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动操作机器人及配电间智能机器人系统，属于特种机器人技术领域。所述移动操作机器人包括机器人本体、第一相机及第二相机；所述机器人本体设有控制器、机械臂及云台，所述云台位于所述机械臂的后方；所述第一相机安装在机械臂的末端，并可在所述机械臂的带动下移动到操作部位的工作区域进行拍摄，进而将拍摄结果发送给所述控制器；所述第二相机安装在所述云台的顶端，用于对前方视野进行拍摄并将拍摄结果发送给所述控制器；所述控制器用于根据所述第一相机和所述第二相机的拍摄结果来协同控制所述机械臂运动。本发明通过在机器人本体前后两端分别设置第一相机和第二相机，两者配合可实现对操作部位的快速对准。

Description

一种移动操作机器人及配电间智能机器人系统

技术领域

本发明涉及特种机器人技术领域，尤其涉及一种移动操作机器人及配电间智能机器人系统。

背景技术

发电厂的高压配电间，根据容量的大小，其内一般设有为数不少的配电柜。传统技术中，对于配电柜的日常巡检和简单操作都是人工操作，存在耗时长、效率低的问题，并且存在一定的安全隐患。

机器人技术的发展，极大地改善了上述情况。现有技术中已经存在利用特种机器人来代替人工对配电间进行巡检及简单操作的先例。其中，对配电柜进行简单操作的机器人，其上一般设有执行机构，机器人移动到位后，执行机构再对操作部件进行相应的操作。

然而，现有技术存在的一个问题是：机器人无法快速找到并对准操作部位，从而导致工作效率低。

有鉴于此，急需一种新的技术方案来解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种移动操作机器人及配电间智能机器人系统，用于解决现有技术中无法快速找到并对准操作部位的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种移动操作机器人，其包括机器人本体、第一相机及第二相机；

所述机器人本体设有控制器、机械臂及云台，所述云台位于所述机械臂的后方；

所述第一相机安装在机械臂的末端，并可在所述机械臂的带动下移动到操作部位的工作区域进行拍摄，进而将拍摄结果发送给所述控制器；

所述第二相机安装在所述云台的顶端，用于对前方视野进行拍摄并将拍摄结果发送给所述控制器；

所述控制器用于根据所述第一相机和所述第二相机的拍摄结果来协同控制所述机械臂运动。

作为进一步的改进，所述机械臂的末端还安装有执行机构，所述执行机构用于对操作部件执行倒闸操作。

作为进一步的改进，所述执行机构包括依次连接的旋转电机、柔性连接件及万能套筒，所述旋转电机用于提供旋转驱动力，所述柔性连接件用于将所述旋转驱动力传递给所述万能套筒，所述万能套筒的前端具有用于连接外部工具的连接部。

作为进一步的改进，所述第一相机的视角小于所述第二相机的视角，所述第一相机的分辨率高于所述第二相机的分辨率。

作为进一步的改进，所述机器人本体还包括移动底盘，所述移动底盘的前端和后端分别设有一激光雷达，所述激光雷达用于探测前后的障碍物。

作为进一步的改进，所述移动底盘包括主动轮及转向轮；

所述主动轮安装在所述移动底盘的中间，用于提供行进的驱动力；

所述转向轮设有多个，多个所述转向轮安装在所述主动轮的周围，用于提供转向驱动力。

作为进一步的改进，所述主动轮设有两个，所述转向轮设有四个。

作为进一步的改进，所述控制器包括第一控制模块及第二控制模块；

所述第一控制模块用于接收所述第一相机和所述第二相机的拍摄结果，并对所述拍摄结果进行计算处理，下发动作指令给所述第二控制模块；

所述第二控制模块用于根据所述动作指令控制所述机械臂运动。

作为进一步的改进，所述移动操作机器人还包括热成像仪，所述热成像仪安装在所述云台上，用于检查外部设备的体表温度。

本发明的目的之二在于提供一种配电间智能机器人系统，包括如上所述的移动操作机器人。

相比于现有技术，本发明带来如下有益效果：

本发明的移动操作机器人，在一前一后分别安装有第一相机和第二相机，其中，第一相机可随着机械臂的运动而移动到操作部位附近，对操作部位进行拍摄，所述第二相机可对位于其视野内的机械臂及操作部位进行拍摄，两个相机分别进行近距离和远距离拍摄，并将两个拍摄结果发送给控制器进行分析处理，最终控制机器人及机械臂的运动，从而实现快速找到并对准操作部位的目的，本发明相比于现有技术采用单个相机的方案具有更快捷、更准确的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明一较佳实施例的移动操作机器人的立体图；

图2示出了本发明一较佳实施例的移动操作机器人拆掉外壳的立体图；

图3示出了本发明一较佳实施例的移动操作机器人的右视图；

图4示出了本发明一较佳实施例的移动操作机器人的后视图；

图5示出了本发明一较佳实施例的移动操作机器人的俯视图；

图6示出了本发明一较佳实施例的移动操作机器人的执行机构的俯视图。

主要元件符号说明：

100-移动操作机器人；10-机器人本体；11-移动底盘；12-主动轮；13-转向轮；14-安装架；141-高台；142-顶板；20-第一相机；30-第二相机；40-机械臂；41-底座；42-摆动臂；50-云台；51-支撑架；52-转动台；60-激光雷达；70-执行机构；71-旋转电机；72-柔性连接件；73-万能套筒；80-热成像仪。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本发明的精髓在于，在移动操作机器人的前后位置分别设置第一相机和第二相机，其中，第一相机可随着机械臂的运动移动到操作部位的工作区域，对操作部位进行近距离拍摄，第二相机在后方对机械臂及操作部位进行远距离拍摄，两个相机协同作用，将各自的拍摄结果发送给控制器进行统一分析处理，最后再控制机器人和机械臂进行相应的运动，从而达到快速找到并对准操作部位的目的。

实施例一

请参阅图1至图4，本发明的一个较佳实施例揭示了一种移动操作机器人100，其应用在配电间室内，用于对配电间进行巡检及对配电柜进行倒闸操作。其中，配电柜上设有操作部位，即倒闸开关。

所述移动操作机器人100包括机器人本体10、第一相机20及第二相机30。

所述机器人本体10设有控制器、机械臂40及云台50，所述云台50位于所述机械臂40的后方。

具体的，所述机器人本体10包括移动底盘11，所述移动底盘11具有移动功能、原地转向功能、导航功能，且具备较高的运动控制精度及姿态保持能力。需要说明的是，由于配电间为室内环境，地面为平台铺装路面，因此对移动底盘11的通过性要求较低；机器人本体10需要在配电间内进行直行、倒退、转弯等运动，因此，所述移动底盘11应该具备基本的移动功能和原地转向功能；机器人本体10在配电间还需要完成倒闸这样的操作，因此且应具备较高的运动控制精度以及姿态保持能力。

在一个优选的实施例中，所述移动底盘11选用室内环境下的自动导引运输车-AGV(Automated Guided Vehicle)。

请参阅图3，进一步的，所述移动底盘11包括主动轮12及转向轮13。

所述主动轮12安装在所述移动底盘11的中间，用于提供行进的驱动力。

所述转向轮13设有多个，多个所述转向轮13安装在所述主动轮12的周围，用于提供转向驱动力。

具体在本实施例中，所述主动轮12设有两个，两个主动轮12分别安装在移动底盘11底部中线的两侧；所述转向轮13共设有四个，四个转向轮13分别安装在移动底盘11的四角处。

移动底盘11工作时，主动轮12在驱动装置的带动下提供行进的驱动力，通过切换驱动装置的正反转方向，从而可实现移动底盘11的直行及倒退移动；四个转向轮13可绕竖直轴线旋转，从而可实现整个移动底盘11的转向移动。

请参阅图1至图3，在本实施例中，配电间内设有整齐排列配电柜，环境相对简单，为了防止移动操作机器人100碰撞配电柜或其它物体，在所述移动底盘11的前端和后端分别设有一激光雷达60，所述激光雷达60用于探测前后的障碍物。前后两端的激光雷达60分别实现180度的水平扫描，因此，两个激光雷达60可实现360度水平扫描，从而在移动操作机器人100向前或向后移动的过程中，可起到防止碰撞的目的。

请参阅图1至图4，所述机械臂40和云台50均安装在移动底盘11的顶部，且云台50位于机械臂40的后方。

请参阅图1及图2，具体的，所述移动底盘11的顶部设有一安装架14，安装架14的前端设有一高台141，所述机械臂40安装在所述高台141上，所述云台50的底部安装在安装架14的后端。所述安装架14位于移动底盘11的中线位置，安装架14的外部罩覆有顶板142，顶板142起防尘及保护作用。

请参阅图4及图5，所述机械臂40进一步包括底座41及数个依次连接在底座41上的摆动臂42，数个摆动臂42可实现六个自由度的运动。其中，最末一个摆动臂42上安装有执行机构70，所述第一相机20安装在执行机构70上。当然，第二相机30也可以直接安装在最末一个摆动臂42上，只要确保第一相机20与执行机构70的相对位置关系固定即可。机械臂40用于带动执行机构70和第一相机20移动到操作部位的工作区域，进而执行相应动作。

作为一个优选的技术方案，连接底座41的第一个摆动臂42向移动底盘11的一侧延伸，例如向左(或向右)，使得整个机械臂40的主要活动空间避开底座41的中垂线附近的区域，这个设置是为了避免机械臂40在运动过程中遮挡后方第二相机30的拍摄视线。

请参阅图2，所述云台50设有一支撑架51及一转动台52，所述转动台52安装在支撑架51的顶端部。所述第二相机30安装在该转动台52上，所述转动台52可带动第二相机30实现水平及俯仰角度的调节，从而使第二相机30拥有一个开阔的视野。

请参阅图6，具体在本实施例中，所述执行机构70包括依次连接的旋转电机71、柔性连接件72及万能套筒73，所述旋转电机71用于提供旋转驱动力，所述柔性连接件72用于将所述旋转驱动力传递给所述万能套筒73，所述万能套筒73的前端具有用于连接外部工具的连接部。

装配时，将执行机构70的旋转电机71这一端安装在机械臂40的末端，从而将整个执行机构70安装在机械臂40的末端。

本移动操作机器人100在对配电柜进行倒闸操作时，还需要配合扳手这样的外部工具，扳手的后端固定连接在执行机构70的万能套筒73上，扳手的前端与操作部位配合连接，万能套筒73旋转时带动扳手旋转，从而完成倒闸操作。

所述控制器可以是集中式的，也可以是分布式的，即控制器包括多个控制模块，每个控制模块分别安装在机器人本体10的不同位置。

示范性的，在其中一个实施例中，所述控制器包括第一控制模块及第二控制模块，所述第一控制模块安装在移动底盘11上，所述第二控制模块安装在机械臂40上。

所述第一控制模块与所述第一相机20及第二相机30分别连接，用于分别接收二者传递过来的拍摄结果；第一控制模块预设有控制程序，用于对第一相机20和第二相机30二者的拍摄结果进行分析处理，并发送动作指令给所述第二控制模块，第二控制模块根据接收到的动作指令控制所述机械臂40进行相应的动作。

本实施例的移动操作机器人100工作过程及原理如下：

1、当需要对目标配电柜进行倒闸操作时，移动操作机器人100首选需要移动到目标配电柜附近。

该步骤主要通过移动底盘11配合第二相机30完成：所述第二相机30位于云台50顶部，而云台50可对第二相机30进行水平及俯仰角度调节，从而使得第二相机30从一个较高的位置及一个较大的视野对周围环境进行拍摄，进而快速识别并移动到目标配电柜附近。

2、完成上述步骤后，移动底盘11保持住整个移动操作机器人100相对目标配电柜的位置，然后机械臂40带动所述执行机构70对准所述操作部位。

此过程需要第一相机20与第二相机30协同配合，具体如下：

一开始，机械臂40需要将执行机构70以较快的速度移动到操作部位的工作区域，即移动到操作部位的附近，这个过程相对粗略，不需要很高的精确度。此过程中，所述第二相机30起主导作用，第二相机30实时反馈拍摄结果给所述控制器，所述的拍摄结果即执行机构70与操作部位的相对位置的视图；控制器再控制机械臂40运动，进而带动执行结构和第一相机20移动到操作部位附近。

接下来，再对执行机构70进行精确控制，以使执行机构70对准操作部位。此过程中，所述第一相机20起主导作用，藉由第一相机20的高精度及视觉识别功能，对操作部位的精确位置进行拍摄。第一相机20将拍摄结果实时反馈给所述控制器，控制器再控制机械臂40运动，进而对执行机构70相对操作部位的位置和角度进行微调，并最终实现执行机构70与操作部位的高精度对准。需要说明的是，此过程中，所述第二相机30起监督作用，以确保机械臂40的运动不出现大的偏差。

本实施例的移动操作机器人100，通过在机器人本体10上设置第一相机20和第二相机30，两个相机分从一个靠近操作部位的位置和一个相对远离操作部位的位置进行拍摄，控制器再根据二者的拍摄结果对机械臂40进行控制：第二相机30的拍摄结果用于使机械臂40带动执行机构70快速移动到一个靠近操作部位的大致位置，第一相机20的拍摄结果用于使机械臂40对执行机构70与操作部位的位置和角度进行微调，两者协同作用，实现本移动操作机器人100快速对准操作部位的目的。

实施例二

请参阅图1至图5，在本实施例中，所述云台50的顶端部还设有一热成像仪80，该热成像仪80用于检查外部设备的体表温度，探测温度是否异常。

具体的，所述热成像仪80与所述第二相机30分别安装在所述转动台52的两侧。

所述热成像仪80与第二相机30两者的视角均向前设置，并可在所述转动台52的带动下调整水平及俯仰角度，从而实现对配电间进行巡检的目的。

其中，热成像仪80是一种利用红外热成像的技术，通过对标的物的红外辐射进行探测，并加以信号处理、光电转换等手段，将标的物的温度分布的图像转换成可视图像的设备。因配电间的配电柜内包含大量的电路板及电线，工作时将会产生热量，人无法通过肉眼观察到这些电器设备发热的情况，一旦出现过热或短路现象，极有可能造成严重损失，本实施例通过设置热成像仪80，可以清晰地对配电柜的体表温度情况进行巡查，并以可视化图像呈现，便于人们及时发现并消除安全隐患。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种移动操作机器人，其特征在于：包括机器人本体、第一相机及第二相机；

所述机器人本体设有控制器、机械臂及云台，所述云台位于所述机械臂的后方；

所述第一相机安装在所述机械臂的末端，并可在所述机械臂的带动下移动到操作部位的工作区域进行拍摄，进而将拍摄结果发送给所述控制器；

所述第二相机安装在所述云台的顶端，用于对前方视野进行拍摄并将拍摄结果发送给所述控制器；

所述控制器用于根据所述第一相机和所述第二相机的拍摄结果来协同控制所述机械臂运动。

2.如权利要求1所述的移动操作机器人，其特征在于：所述机械臂的末端还安装有执行机构，所述执行机构用于对操作部件执行倒闸操作。

3.如权利要求2所述的移动操作机器人，其特征在于：所述执行机构包括依次连接的旋转电机、柔性连接件及万能套筒，所述旋转电机用于提供旋转驱动力，所述柔性连接件用于将所述旋转驱动力传递给所述万能套筒，所述万能套筒的前端具有用于连接外部工具的连接部。

4.如权利要求1所述的移动操作机器人，其特征在于：所述第一相机的视角小于所述第二相机的视角，所述第一相机的分辨率高于所述第二相机的分辨率。

5.如权利要求1所述的移动操作机器人，其特征在于：所述机器人本体还包括移动底盘，所述移动底盘的前端和后端分别设有一激光雷达，所述激光雷达用于探测前后的障碍物。

6.如权利要求5所述的移动操作机器人，其特征在于：所述移动底盘包括主动轮及转向轮；

所述主动轮安装在所述移动底盘的中间，用于提供行进的驱动力；

所述转向轮设有多个，多个所述转向轮安装在所述主动轮的周围，用于提供转向驱动力。

7.如权利要求6所述的移动操作机器人，其特征在于：所述主动轮设有两个，所述转向轮设有四个。

8.如权利要求1所述的移动操作机器人，其特征在于：所述控制器包括第一控制模块及第二控制模块；

所述第一控制模块用于接收所述第一相机和所述第二相机的拍摄结果，并对所述拍摄结果进行计算处理，下发动作指令给所述第二控制模块；

所述第二控制模块用于根据所述动作指令控制所述机械臂运动。

9.如权利要求1所述的移动操作机器人，其特征在于：还包括热成像仪，所述热成像仪安装在所述云台上，用于检查外部设备的体表温度。

10.一种配电间智能机器人系统，包括权利要求1-9任一项所述的移动操作机器人。

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