CN110978004A - 一种自主配网带电作业机器人、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自主配网带电作业机器人、系统及方法，包括：移动本体以及设置在所述移动本体上的绝缘升降臂；所述绝缘升降臂末端设置机器人高空作业平台，所述高空作业平台上分别设有第一控制模块以及分别与第一控制模块连接的作业机械臂和视觉反馈模块；所述移动本体上设有操控部，所述操控部能够与高空作业平台通信，实现对于作业机械臂的主从控制或者实现作业机械臂的主从/程控模式切换。本发明采用视觉反馈系统和基于智能路径规划的自主+主从电动机械臂相互配合，可以减小操作空间尺寸，让操作人员实现临场感操作。

Description

一种自主配网带电作业机器人、系统及方法

技术领域

本发明涉及配网带电作业机器人技术领域，尤其涉及一种自主配网带电作业机器人、系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

配网带电作业机器人主要用于完成剥皮、带电断接引流线、异物清除、更换跌落保险、修枝、更换横担、更换变压器等作业任务，为了提高带电作业的自动化水平和安全性，减轻操作人员的劳动强度和强电磁场对操作人员的人身威胁，对于配网带电作业机器人的研究正在逐步加大。

目前针对配网带电作业机器人开展的研发工作以主从控制、遥控控制机器人为主，对其他适用于带电作业机器人的控制方式研究不够深入；缺乏对不同带电作业场景以及不同带电作业项目的深入调研，对实际带电作业现场环境研究不够透彻，没有推出适应复杂环境的机器人产品以及机器人作业流程规划。采用具有自主作业能力的机器人进行带电作业的研究在国内尚属空白。

发明内容

本发明基于断接引流线、异物清除等带电作业需求，结合机器人作业流程规划以及人机交互协作技术的研究，提出了一种自主配网带电作业机器人、系统及方法，采用视觉反馈系统和基于智能路径规划的主从及自主电动机械臂相互配合，能够代替人工完成配电线路断接引线、清除异物、设备检修等作业任务。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种自主配网带电作业机器人，包括：移动本体以及设置在所述移动本体上的绝缘升降臂；所述绝缘升降臂末端设置机器人高空作业平台，所述高空作业平台上分别设有第一控制模块以及分别与第一控制模块连接的作业机械臂和视觉反馈模块；所述移动本体上设有操控部，所述操控部能够与高空作业平台通信，实现对于作业机械臂的主从控制或者实现作业机械臂的主从/程控模式切换。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种自主配网带电作业机器人系统，包括：上述的自主配网带电作业机器人，所述移动本体上设有调平机构。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种自主配网带电作业机器人系统的工作方法，包括：

控制自主配网带电作业机器人工作在主从模式或者程控模式；

主从模式下，实时将地面操控主手的操控动作传送至作业机械臂，通过视觉反馈模块实时反馈作业机械臂的作业信息，实现作业机械臂的动作与地面操控主手的操控动作同步；

程控模式下，控制作业机械臂按照设定的程序指令执行带电作业，实现作业工具的自动更换以及作业机械臂自主作业。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明自主配网带电作业机器人，将带电作业机器人和周围环境作为一个整体来看待，采用相关的硬件设施与软件形成一个整体的交互环境，这种多摄像机视觉反馈系统，相对于传统意义上的带电作业机器人人机交互界面在技术上有了很大的进步。

2.本发明采用视觉反馈系统和基于智能路径规划的自主+主从电动机械臂相互配合，可以减小操作空间尺寸，让操作人员实现临场感操作。

3.本发明通过显示器反馈的信息与机械臂作业相结合，实现复杂环境下的带电作业任务。

4.本发明工具装置配备有自动开启装置，机械臂自主更换作业工具时开启装置自动打开，作业工具更换完毕后开启装置自动关闭，可以起到防止带电作业过程产生的绝缘皮、螺栓螺母、废屑等进入到带电作业平台内部，影响带电作业的正常运行。

5.本发明采用自主+主从式电动机械臂，具有自重轻、持重大等特点，同时作业平台外壳采用强度高、重量轻的玻璃钢材料，大大降低了机器人高空作业平台的整体重量，使得绝缘升降机构颤动幅度大幅减小。

附图说明

图1是本发明实施例一中自主配网带电作业机器人系统结构示意图；

图2是本发明实施例一中高空作业平台示意图；

其中，1.机器人高空作业平台，2.绝缘升降臂，3.车载操控室，4.支腿，5.移动本体，6.作业机械臂，7.玻璃钢外壳，8.水平移动摄像机，9.水平移动导轨，10.智能工具，11.垂直升降摄像机，12.电动升降立柱，13.固定摄像机。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

在一个或多个实施方式中，公开了一种自主配网带电作业机器人，参照图1，包括：移动本体5以及设置在所述移动本体5上的绝缘升降臂2；所述绝缘升降臂2末端设置机器人高空作业平台1，高空作业平台上分别设有第一控制模块以及分别与第一控制模块连接的作业机械臂6和视觉反馈模块；所述移动本体5上设有操控部，所述操控部能够与高空作业平台通信，实现对于作业机械臂6的主从控制或者实现作业机械臂6的主从/程控模式切换。

具体地，在主从模式下，能够通过操控主手实现对作业机械臂6的运动控制；在程控模式下，能够通过示教器或者人机交互液晶屏对机械臂本体实现世界坐标系运动以及工具坐标运动控制。两种控制模式下，都提供机械臂的关节运动、关节状态显示、IO通信、机械臂电压等系统状态检测功能。

本实施例中，移动本体5采用绝缘斗臂车的形式，车体上设有车载操控室3，操控部设置在车载操控室3内，具体包括：机械臂操作主手、控制器、显示屏、视频图像采集模块、工控机、硬盘录像机、空调系统和绝缘升降臂2控制系统等。显示屏布置多路摄像机实时显示单元，在车载控制室中多路摄像机实时显示单元通过无线接收模块获取到全景视频画面和局部特写视频画面，来判断机械臂前端工具与作业对象之间的实时相对位置，以此协助操作人员作出正确的操作步骤，提高操作准确率。

视频图像采集模块包括视频录像机，采集操作人员的姿态信息，通过通信系统将姿态信息发送给作业臂，实现对作业臂的运动控制。

本实施例中，绝缘升降臂2设置在绝缘斗臂车上，高空作业平台设置在绝缘升降臂2的末端，通过绝缘升降臂2控制系统实现升降控制，以便于将高空作业平台升至合适的作业高度。

具体地，绝缘升降臂2为折叠加伸缩绝缘升降臂2，包括依次相连的底座、大臂、小臂、伸缩臂和末端调平机构，所述底座设置于绝缘斗臂车底盘上，所述末端调平机构承载高空作业平台，在所述大臂、伸缩臂上各设有一个绝缘结构，实现对地绝缘防护，末端调平机构保证机器人承载平台始终保持水平。

当然，底座、大臂、小臂、伸缩臂、末端调平机构的结构使用现有设备即可，在此不再赘述。

参照图2，本实施例中，高空作业平台上分别设有多重绝缘防护、双作业机械臂6、玻璃钢外壳7、视觉反馈模块、机器人专用智能工具10、倾角传感器和电场强度检测传感器等；通过视觉反馈模块采集作业机械臂6的作业信息实时传送至车载操控室3内。

具体地，多重绝缘防护包括机器人高空作业平台1绝缘、机械臂端部绝缘、自动工器具绝缘、绝缘杆绝缘、绝缘子绝缘、机械臂外包绝缘等多级绝缘防护系统，满足绝缘水平和机械强度要求，保障操作人员的人身、机器人自身设备和配网设备的安全。

倾角传感器安装在机器人高空作业平台1的中心位置，测量机器人高空作业平台1X、Y轴的倾斜角度；电场强度检测传感器实现接近带电体触电提前预警。机器人高空作业平台1外壳采用强度高、重量轻的玻璃钢材料，降低作业平台重量；高空作业平台具有机械、电气标准化快换接口，实现机器人高空作业平台1通用化及快速转运。

作业机械臂6采用双电动机械臂；其中一个机械臂用于自主连接或更换作业工具，另一个机械臂用于在作业过程中辅助进行作业对象的固定。双电动机械臂为六自由度关节型机械臂，最大水平伸展1300mm，最大水平持重10kg，本体净重30kg；双电动机械臂可实现工具全自主更换及在人机交互主从控制方式下完成断接引流线、异物清除等作业项目；双电动机械臂外包绝缘防护外套。

机器人专用智能工具10库设置于作业臂的端部，包括智能剥皮器、智能扳手、智能断线钳或/和破螺母工具、遮蔽罩等各种工具及遮蔽用具；当然，本领域技术人员可以根据实际需要自行设置工具内的具体作业工具。机器人专用智能工具10具有统一的机械接口和电气接口，适合绝缘臂的夹持。

在一些实施方式中，对机器人专用智能工具10进行了强电场条件下电磁干扰防护设计，满足安全防护功能需求。

在另一些实施方式中，机器人专用智能工具10配备有自动开启装置，机械臂自主更换作业工具时开启装置自动打开，作业工具更换完毕后开启装置自动关闭，可以起到防止带电作业过程产生的绝缘皮、螺栓螺母、废屑等进入到带电作业平台内部，影响带电作业的正常运行。

视觉反馈模块包括：固定摄像机13、垂直升降摄像机11、水平移动摄像机8和手眼相机等；其中，固定摄像机13采用自带云台摄像机，获取作业前方位置的环境信息，负责对配网带电作业机器人及作业环境实时监控；垂直升降摄像机11通过电动升降立柱12可调整合适位置，便于对机械臂前端工具与作业对象之间相对位置的整体观测；水平移动相机可通过水平移动导轨9调整智能工具10位置的下方视角；手眼相机固定于机械臂前部，便于对工具作业对象处细节的观测，提高作业精度；本实施例中，固定摄像机13、垂直升降摄像机11、水平移动摄像机8和手眼相机相互配合，对作业机械臂6和作业机械臂6上的工具轨迹进行跟踪及定位，被配置为至少实现平行排列、三角排列和垂直排列三种线型作业方式。

车载操控室3与高空作业平台可以采用有线通信方式，比如光纤通信；或者无线通信方式，比如WIFI通信等方式实现通信。

本实施例中，采用无线通信方式，通信系统包括若干无线通信通道，比如：为遥控操作主手与双电动机械臂，工控机与摄像机组，绝缘斗臂车移动车底盘遥控系统与移动底盘、以及绝缘升降臂2遥控系统与绝缘升降臂2之间提供通信通道，使机器人高空作业平台1与地面操控室之间没有任何电气连接即保证通信实时性。

在另外一些实施方式中，公开了一种自主配网带电作业机器人系统，该系统包括了上述的自主配网带电作业机器人，并且在绝缘斗臂车的两侧均设置有支腿4，通过两侧支腿4的动作，实现自动找平，在作业过程中使机器人处于平衡状态。

本实施例自主配网带电作业机器人系统的工作原理如下：

控制机器人行驶至目标检测点，控制绝缘升降臂2动作，使高空作业平台上升至设定高度，并调整作业平台的姿态，使其保持水平，利用视觉反馈模块对作业环境和作业过程进行监控；

车载操控室3内的显示屏融合采集的作业场景和操作场景图像，形成整个3D实时场景，并通过视频采集模块实时识别操作人员的操作动作，将该姿态信息发送给作业臂，调整作业臂的动作与姿态，以完成相应的作业；

在整个作业过程中，实时监测作业平台的姿态与作业臂的电场强度，保证机器人的安全。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种自主配网带电作业机器人系统的工作方法，包括：

自主配网带电作业机器人可以工作在主从模式或者程控模式；并且通过车载操控室3内的操控终端可以实现两种工作模式的任意切换。

在主从模式下，实时将地面操控主手的操控动作传送至作业机械臂6，通过视觉反馈模块实时反馈作业机械臂6的作业信息，实现作业机械臂6的动作与地面操控主手的操控动作同步；

在程控模式下，控制作业机械臂6按照设定的程序指令执行带电作业，包括：作业机械臂6移动至设定的位置，自主更换设定的作业工具，作业机械臂6自主移动至设定的位置进行自主带电作业等，能够实现作业工具的自动更换以及作业机械臂6自主作业。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种自主配网带电作业机器人，其特征在于，包括：移动本体以及设置在所述移动本体上的绝缘升降臂；所述绝缘升降臂末端设置机器人高空作业平台，所述高空作业平台上分别设有第一控制模块以及分别与第一控制模块连接的作业机械臂和视觉反馈模块；所述移动本体上设有操控部，所述操控部能够与高空作业平台通信，实现对于作业机械臂的主从控制或者实现作业机械臂的主从/程控模式切换。

2.如权利要求1所述的一种自主配网带电作业机器人，其特征在于，所述操控部包括：第二控制模块以及分别与第二控制模块连接的操控主手和显示屏；主从控制模式下，所述操控主手的操控动作传送至第二控制模块，第二控制模块与第一控制模块通信，将操控主手的操控动作传递至作业机械臂，实现操控主手的操控动作与作业机械臂的动作同步。

3.如权利要求2所述的一种自主配网带电作业机器人，其特征在于，所述操控部还包括：视频图像采集模块，所述视频图像采集模块被配置为采集操控人员的姿态信息，以获取操控主手的操控动作，并将所述操控动作传送至第二控制模块。

4.如权利要求1所述的一种自主配网带电作业机器人，其特征在于，程控模式下，作业机械臂在第一控制模块的控制下，按照设定的动作实现作业工具的自动更换以及带电作业。

5.如权利要求1所述的一种自主配网带电作业机器人，其特征在于，所述智能工具库中的智能工具具备与作业机械臂相匹配的机械接口和电气接口；

或者，所述智能工具库在作业机械臂更换工具时自动开启，工具更换完成后自动关闭。

6.如权利要求5所述的一种自主配网带电作业机器人，其特征在于，所述高空作业平台上还设有智能工具库，所述智能工具库包括：智能剥皮器、智能扳手、智能断线钳或/和破螺母工具中的至少一种。

7.如权利要求1所述的一种自主配网带电作业机器人，其特征在于，所述视觉反馈模块用于采集作业环境信息、作业机械臂位置信息以及作业工具位置信息以及作业对象的细节信息，对作业机械臂和作业工具的轨迹进行跟踪及定位，实现带电作业过程的实时全景监控。

8.如权利要求7所述的一种自主配网带电作业机器人，其特征在于，所述视觉反馈模块至少包括：

用于获取作业前方位置的环境信息固定摄像机；

用于通过升降立柱调整摄像机位置，获取作业机械臂前端工具与作业对象之间相对位置信息的垂直升降摄像机；

用于通过水平移动调整获取智能工具位置下方图像信息的水平移动摄像机；

以及固定于机械臂前部，用于获取作业工具当前作业对象位置的细节信息的手眼相机。

9.一种自主配网带电作业机器人系统，其特征在于，包括：权利要求1-8任一项所述的自主配网带电作业机器人，所述移动本体上设有调平机构。

10.一种自主配网带电作业机器人系统的工作方法，其特征在于，包括：

控制自主配网带电作业机器人工作在主从模式或者程控模式；

主从模式下，实时将地面操控主手的操控动作传送至作业机械臂，通过视觉反馈模块实时反馈作业机械臂的作业信息，实现作业机械臂的动作与地面操控主手的操控动作同步；

程控模式下，控制作业机械臂按照设定的程序指令执行带电作业，实现作业工具的自动更换以及作业机械臂自主作业。

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