CN112066987B - 一种用于辅助室内变电站巡检的激光语音引导装置 - Google Patents

Abstract

一种用于辅助室内变电站巡检的激光语音引导装置，属安全监控装置领域。在开关柜上方设置悬挂导轨；在悬挂轨道上可移动地设置激光引导机器人；在变电站内设置操作票识别系统和激光引导机器人系统；所述的激光语音引导装置，用于室内变电站的电力设备巡检过程，来实现在操作人员对室内变电站电力设备的巡检作业流程中，根据操作票作业流程实时对作业过程进行激光引导、语音提示、操作校对的功能。其既能够在需要操作或关注的设备面板上投射激光信号标识，同时又采用语音引导，指示作业过程或顺序，避免出现常见的误操作、漏操作或跑错仓位等错误。可广泛用于变电所各种操作作业的安全监控领域。

Description

一种用于辅助室内变电站巡检的激光语音引导装置

技术领域

本发明属于安全监控装置领域，尤其涉及一种用于辅助室内变电站巡检的激光语音引导装置。

背景技术

近年来，国家对电网的建设力度不断加大，同时也对电力设备的维护和检查提出了更高的要求。

变电站是各级电网的核心控制枢纽，站内的各种电气设备都需要定期检查，目前被广泛应用的巡检方式主要是传统的人工巡检以及新兴的移动机器人巡检。虽然部分巡检工作能够被移动机器人代替人工操作完成，但在特定情况下，仍需要工作人员进入现场，手动操作。

工作人员进行电气操作时，以操作票作为书面依据，操作票是防止误操作(误拉、误合、带负荷拉、合隔离开关、带地线合闸等)的主要措施。在实际操作中，工作人员根据操作票进行电气操作的效果跟工作人员的业务水平有关，可能会发生操作人员跑错仓位或误看、漏看操作票指令等情况，很难完全保证操作无误。

为减少人工操作时的误操作，实际工作中迫切需要一种可自动提取操作票中的指令信息，并根据指令信息在操作人员进行电气操作时进行声光提示的引导装置，以提高巡检效率，减少误操作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于辅助室内变电站巡检的激光语音引导装置。以用于在室内变电站的电气操作流程中，根据操作票作业流程实时对工作人员的作业过程进行激光引导、语音提示、操作校对。

本发明的技术方案是：提供一种用于辅助室内变电站巡检的激光语音引导装置，其特征是：

在变电站的开关柜上方，设置至少一条悬挂导轨；

在悬挂轨道上，可移动地设置一个激光引导机器人，构成一个悬挂轨道式机器人运动平台；

在变电站内设置有操作票识别系统和激光引导机器人系统；

所述的操作票识别系统集成有操作票图像信息采集单元、操作票图像处理单元、操作票文字指令识别单元、操作票指令和机器人运动控制指令转换单元；

所述的激光引导机器人系统集成有集中控制单元、运动控制单元、激光语音引导单元和无线通信单元；

所述的激光语音引导装置，用于室内变电站的电力设备巡检过程，来实现在操作人员对室内变电站电力设备的巡检作业流程中，根据操作票作业流程实时对作业过程进行激光引导、语音提示、操作校对的功能；

所述的激光语音引导装置，既能够在需要操作或关注的设备面板上投射激光信号标识，同时又采用语音引导，指示作业过程或顺序，避免出现常见的误操作、漏操作或跑错仓位等错误；

其中的操作票识别系统从操作票图像信息中提取操作任务或操作步骤指令；

激光引导机器人系统采用轨道式机器人运动平台，通过视觉定位的方式确定机器人自身所处的位置，能够准确移动至目标操作柜的位置，并以激光和语音指引操作过程。

具体的，所述的激光引导机器人，包括外壳、水平驱动机构、控制舱、激光引导装置和语音引导装置；

其中，激光引导机器人的外壳部分由左右面板和U型底板组成，并安装有无线充电装置；

其水平驱动机构由驱动电机、差速器、传动齿轮组、驱动轮组、轴承及支架和电机驱动器组成；激光引导装置、语音引导装置固定于外壳面板，由机器人的任务控制板控制；

其控制舱由任务控制板、12V锂电池、I/O集束端子排和调试接口组成。

具体的，所述操作票识别系统实现操作票识别的步骤，包括在指定位置放置操作票后，控制摄像头采集操作票的图像，并从图像中准确分割提取出操作票的A4区域，然后定位至操作任务和操作步骤所在的区域，进行文字识别。

进一步的，在激光引导机器人移动到达预定位置后，激光引导控制程序根据操作票系统的操作票内容信息，控制激光投射装置将图像投射到指定的开关设备面板上，根据作业状态分别实现固定投射和闪烁投射的效果，同时控制语音引导模块实现语音信息的输出，根据作业进度发出不同的语音提示。

进一步的，所述的激光引导装置用以实现下列功能：

1)操作票识别：

操作票识别系统用以实现操作票指令的识别提取，可对操作票的文字内容进行语义分析和逻辑判断，提取出操作任务的关键信息，生成激光引导系统的控制指令；

2)激光引导：

激光引导系统用以在操作人员操作变电设备时进行辅助提示，激光引导机器人可准确移动至目标操作柜的位置，在目标面板上投射激光投影，引导指示操作人员在目标位置进行操作。避免出现误操作、漏操作或跑错仓位等情况。

进一步，所述的激光语音引导装置配置一个操作票识别系统，用以采集和提取操作票的指令；

配置一个激光引导系统，在操作票内容识别完成后，执行引导控制指令，采用视觉定位，可精准移动至目标操作柜的位置进行引导操作；

配置一个无线通信系统，用于实现操作票识别系统和激光引导机器人之间的无线通信。

更进一步的，所述的操作票识别过程包括：

点击“开始识别”按钮后，程序开始运行，首先控制摄像头采集操作票识别台的图像信息，然后判断图像中是否存在A4区域，若不存在，则提示操作人员重新放置操作票；若存在，则提取出A4区域的图像进行下一步操作；

得到操作票A4区域的图像后，自动定位出操作任务和操作步骤所在的区域，并将操作任务和操作步骤的区域提取出来进行文字识别；

识别出指令内容后，从中提取出关键信息，包括目标操作柜和操作完成后的最终状态，然后根据关键信息生成激光引导机器人的运动控制指令。

具体的，所述的激光引导机器人集成有集中控制单元、运动控制单元、激光语音引导单元和无线通信单元；

集中控制单元支持高速网络通信；

运动控制单元采用单片机控制激光引导机器人沿悬挂轨道的移动，控制器通过串行接口连接到集中控制单元；

激光引导单元采用集成激光光源，定制显示电力操作符号，通过控制线连接到集中控制单元，能够实现激光定位引导和闪烁提示；

语音引导单元通过外接扬声器实现声音提示功能，扬声器连接到集中控制单元的音频输出接口；扬声器布置在机器人结构上，随机器人整体一起移动。

进一步的，所述的激光语音引导装置融合了图像识别算法、室内定位算法、机器人运动控制算法，实现了引导装置快速移动到需要操作的位置，进行激光引导和语音提示，并对操作过程进行监视和校对。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.实现了操作票的智能识别：

基于OCR(Optical Character Recognition，光学字符识别)技术提取操作票的指令信息，可准确识别操作票中的文字指令，与传统的人工操作流程相比，本技术方案的操作票识别系统能快速准确地提取出操作票中的内容，根据操作票的内容生成对应的引导机器人运动指令，并在操作结束后对最终状态进行检查，确保操作无误。提高了操作的安全性，大大避免了操作失误、跑错仓位等情况的发生；

2.采用激光引导机器人辅助操作：

基于操作票识别生成的运动控制指令，激光引导机器人会自主移动到目标操作柜的位置，在目标操作柜的柜面上投影激光引导标志，指引操作人员在正确的柜子上进行电气操作。与传统的人工操作流程相比，本技术方案的激光引导系统能快速准确地指引操作人员移动到目标操作柜进行电气操作，采用激光指引的方式，醒目且对操作柜无接触，对操作人员提供有效指引的同时保证了安全性。

附图说明

图1是本发明操作票识别系统的识别流程图；

图2是本发明悬挂导轨剖面图；

图3a是本发明激光语音引导装置基本组成示意图；

图3b是图3a所示激光语音引导装置的侧视结构示意图；

图4是本发明激光语音引导机器人的运动流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明技术方案所述的激光语音引导装置包括操作票识别系统、激光引导机器人系统(简称激光引导机器人，下同)、模拟屏识别系统，整套系统采用模块化设计。操作票识别系统、激光引导机器人系统、模拟屏识别系统各自为完整独立的装置，可针对不同的变电站环境选择合适的布置方式。

所述的操作票识别系统集成了操作票图像信息采集单元、操作票图像处理单元、操作票文字指令识别单元、操作票指令和机器人运动控制指令转换单元。操作票图像信息采集单元负责采集操作票的图像，该单元配置高清摄像头和可调节摄像头支架，可采集高清晰度的操作票图像信息；操作票图像处理单元负责从操作票图像信息中提取出操作票A4区域，并对图像的变形进行校正处理；操作票文字指令识别单元负责从操作票A4图像中提取出操作任务和操作步骤；操作票指令和机器人运动控制指令转换单元负责根据提取出的操作任务和操作步骤，生成对应的激光引导机器人控制指令。

所述的激光引导机器人集成了集中控制单元、运动控制单元、激光语音引导单元、无线通信单元。集中控制单元主要负责任务管理和无线通信；运动控制单元主要控制驱动机构运动、云台三维旋转和刹车机构动作；激光语音引导单元负责将激光图像投影到当前需要操作的面板上，实现激光定位引导和闪烁提示，并根据作业进度发出不同的语音提示；无线通信单元负责激光引导机器人系统和操作票识别系统的无线局域网通信。

所述的操作票识别系统基于opencv和tesseract文字识别引擎，融合操作票图像提取算法、操作票文字指令定位算法、文字识别算法，实现操作票文字指令的准确识别和提取。

所述的激光语音引导装置融合了图像识别算法、室内定位算法、机器人运动控制算法，实现了引导激光引导机器人快速移动到需要操作的位置，进行激光引导和语音提示，并对操作过程进行监视和校对。

具体的，本发明的技术方案包括操作票识别系统和激光引导系统，用以实现室内变电站巡检的辅助引导；其发明点在于：

配置一个操作票识别系统，用以采集和提取操作票的指令。

操作票识别系统装有800万像素的高清摄像头，可采集操作票的图像信息。由操作票的图像信息提取其中的指令采用OCR(Optical Character Recognition，光学字符识别)技术，具体的实现过程为：

1)高清摄像头采集操作票的图像信息；

2)从操作票图像信息中提取出仅包含操作票内容的A4矩形区域，其处理程序基于opencv开发，可准确识别图像中的A4纸区域，并将其提取出来以方便做下一步处理；

3)从操作票A4区域提取操作任务和操作项目，其处理程序基于opencv+tesseract开发；进行提取时，首先定位出操作任务和操作项目在A4区域图像中的位置，然后提取出RIO(region of interest，感兴趣的区域)，使用tesseract文字识别引擎对RIO的文字内容进行识别，为提高识别准确率；

4)从文字识别内容中提取出操作任务的关键信息，如操作目标柜号、操作目标柜的最终状态等；

5)记录识别信息，转换为激光引导机器人的控制指令。

配置一个激光引导系统，可在操作票内容识别完成后，执行引导控制指令，激光引导机人采用视觉定位，可精准移动至目标操作柜的位置进行引导操作。

配置一个无线通信系统，可实现操作票识别系统和激光引导机器人之间的无线通信。

本技术方案所述的激光引导装置用以实现下列功能：

1)操作票识别：操作票识别系统用以实现操作票指令的识别提取，可对操作票的文字内容进行语义分析和逻辑判断，提取出操作任务的关键信息，生成激光引导系统的控制指令；

2)激光引导：激光引导系统用以在操作人员操作变电设备时进行辅助提示，激光引导机器人可准确移动至目标操作柜的位置，在目标面板上投射激光投影，引导指示操作人员在目标位置进行操作。避免出现误操作、漏操作或跑错仓位等情况。

进一步的，操作票识别系统在激光引导机器人系统开始引导之前，先进行操作票指令识别和机器人运动控制指令生成。操作票识别系统的摄像头选用800万像素高清摄像头，以可调节支架固定在操作票识别台上，摄像头的位置和高度可自由调整，操作票识别台上设置引导标志，用以引导操作人员正确放置操作票。放置好操作票之后，点击主控界面的“开始识别”按钮，开始运行操作票识别系统的程序进行操作票指令识别。

操作票识别过程如图1所示。

点击“开始识别”按钮后，程序开始运行，程序首先控制摄像头采集操作票识别台的图像信息，然后判断图像中是否存在A4区域，若不存在，则提示操作人员重新放置操作票；若存在，则提取出A4区域的图像进行下一步操作。

得到操作票A4区域的图像后，程序会自动定位出操作任务和操作步骤所在的区域，并将操作任务和操作步骤的区域提取出来进行文字识别。

识别出指令内容后，从中提取出关键信息，如目标操作柜和操作完成后的最终状态等，然后根据关键信息生成激光引导机器人的运动控制指令。

操作票识别系统的软件基于opencv和tesseract光学字符识别引擎进行开发，可从操作台图像中准确提取出操作票的区域，并对图片变形的情况进行校正，实现操作票指令内容的准确快速识别。

考虑到变电站室内环境特点：开关柜成列整齐排列，巡检线路固定，铺设导轨简单方便，而且轨道式移动平台配有升降机构，依托于导轨，可以根据需要灵活调整摄像云台高度。基于以上特点，本发明的激光引导机器人系统采用悬挂轨道式自主移动平台作为引导装置的结构设计方案。

激光引导机器人的运动导轨剖面图如图2所示。

如图3a和图3b中所示，激光引导机器人包括了外壳4、水平驱动机构2、摄像头云台5、控制舱6、激光引导灯7、语音引导装置和摄像头9。

其中外壳部分4由左右面板和U型底板组成，并安装有无线充电装置3；水平驱动机构2由驱动电机、差速器、传动齿轮组、驱动轮组、轴承及支架和电机驱动器组成。

激光语音引导装置(即前述的)集成了集中控制单元、运动控制单元、激光语音引导单元、和无线通信单元。

集中控制单元选用低功耗主板，型号为N55。主板可安装WINDOWS操作系统，运算速度快，外围接口丰富，支持高速网络通信。

激光引导单元采用集成激光光源，可定制显示电力操作符号，通过控制线连接到集中控制单元，可以实现激光定位引导和闪烁提示。

语音引导单元通过外接小扬声器实现，通过USB供电，连接到集中控制单元的音频输出接口；扬声器布置在机器人结构上，随机器人整体一起移动。

机器人平台上的运动控制单元通过单片机进行控制，控制器通过串行接口连接到集中控制单元。控制器采用STM32F429IGT芯片。

激光语音引导装置辅助引导作业流程如下：

a)操作开始时，操作人员将操作票放置在操作票识别台上，点击主控程序界面的“开始识别”按钮；

b)系统提取完操作票指令之后，会自动生成激光引导机器人平台的运动控制指令，操作人员点击主控程序界面的“开始引导按钮”；

c)激光引导机器人自动移动至目标操作柜的位置，机器人的激光引导装置7将激光图像投影到当前需要操作设备的面板上，动态闪烁；

d)机器人的语音引导装置8通过语音方式提示作业内容，例如：“请断开##号开关设备接地刀”等；

e)在操作人员完成操作任务后，改变模拟屏状态，模拟屏识别系统将对模拟屏的状态进行校对；

f)当模拟屏显示的最终状态符合操作票指令要求的最终状态时，允许操作人员进行人脸识别，打开五防钥匙箱。

本发明的技术方案，主要用于室内变电站的电气操作流程中，根据操作票作业流程实时对作业过程进行激光引导、语音提示、操作校对。既可在需要操作(或关注)的设备面板上投射激光信号标识，同时又采用语音引导或指示作业过程(顺序)，避免出现常见的误操作、漏操作或跑错仓位等错误。

本发明可广泛用于变电所各种操作作业的安全监控领域。

Claims (7)

1.一种用于辅助室内变电站巡检的激光语音引导装置，包括在变电站的开关柜上方，设置至少一条悬挂导轨；在悬挂导轨上，可移动地设置一个激光引导机器人系统，构成一个悬挂轨道式机器人运动平台；所述的激光引导机器人系统集成有集中控制单元、运动控制单元、激光引导单元、语音引导单元和无线通信单元；其特征是：

在变电站内设置有操作票识别系统和激光引导机器人系统；

所述的操作票识别系统集成有操作票图像信息采集单元、操作票图像处理单元、操作票文字指令识别单元、操作票指令和机器人运动控制指令转换单元；

所述的操作票识别系统从操作票图像信息中提取操作任务或操作步骤指令；

所述操作票识别系统实现操作票识别的步骤，包括控制摄像头采集操作票识别台的图像信息，然后判断图像中是否存在A4纸区域，若不存在，则提示操作人员重新放置操作票；若存在，则提取出A4纸区域的图像进行下一步操作；

所述操作票识别系统实现操作票识别的步骤，还包括在指定位置放置操作票后，控制摄像头采集操作票的图像，并从图像中准确分割提取出操作票的A4纸区域，然后定位至操作任务和操作步骤所在的区域，进行文字识别，从操作票图像信息中提取操作任务或操作步骤指令；

所述的操作票识别系统在激光引导机器人系统开始引导之前，先进行操作票指令识别和机器人运动控制指令生成；

点击“开始识别”按钮后，程序开始运行，首先得到操作票A4纸区域的图像后，自动定位出操作任务和操作步骤所在的区域，并将操作任务和操作步骤的区域提取出来进行文字识别；识别出指令内容后，从中提取出关键信息，包括目标操作柜和操作完成后的最终状态，然后根据关键信息生成激光引导机器人系统的运动控制指令；

所述的激光语音引导装置，用于室内变电站的电力设备巡检过程，来实现在操作人员对室内变电站电力设备的巡检作业流程中，根据操作票作业流程实时对作业过程进行激光引导、语音提示、操作校对的功能；

所述的激光语音引导装置，既能够在需要操作或关注的设备面板上投射激光信号标识，同时又采用语音引导，指示作业过程或顺序，避免出现常见的包括误操作、漏操作或跑错仓位在内的错误；

激光引导机器人系统采用悬挂轨道式机器人运动平台，通过视觉定位的方式确定机器人自身所处的位置，能够准确移动至目标操作柜的位置，并以激光和语音指引操作过程。

2.按照权利要求1所述的用于辅助室内变电站巡检的激光语音引导装置，其特征是所述的激光引导机器人系统，包括外壳、水平驱动机构、控制舱、激光引导装置和语音引导装置；

其中，激光引导机器人系统的外壳部分由左右面板和Ｕ型底板组成，并安装有无线充电装置；

其水平驱动机构由驱动电机、差速器、传动齿轮组、驱动轮组、轴承及支架和电机驱动器组成；激光引导装置、语音引导装置固定于外壳面板，由机器人的任务控制板控制；

其控制舱由任务控制板、12V锂电池、I/O集束端子排和调试接口组成。

3.按照权利要求1所述的用于辅助室内变电站巡检的激光语音引导装置，其特征是在激光引导机器人系统移动到达预定位置后，激光引导控制程序根据操作票系统的操作票内容信息，控制激光投射装置将图像投射到指定的开关设备面板上，根据作业状态分别实现固定投射和闪烁投射的效果，同时控制语音引导模块实现语音信息的输出，根据作业进度发出不同的语音提示。

4.按照权利要求2所述的用于辅助室内变电站巡检的激光语音引导装置，其特征是所述的激光引导装置用以实现下列功能：

1）操作票识别：

操作票识别系统用以实现操作票指令的识别提取，可对操作票的文字内容进行语义分析和逻辑判断，提取出操作任务的关键信息，生成激光引导机器人系统的控制指令；

2）激光引导：

激光引导机器人系统用以在操作人员操作变电设备时进行辅助提示，激光引导机器人可准确移动至目标操作柜的位置，在目标面板上投射激光投影，引导指示操作人员在目标位置进行操作，避免出现包括误操作、漏操作或跑错仓位在内的情况。

5.按照权利要求1所述的用于辅助室内变电站巡检的激光语音引导装置，其特征是所述的激光语音引导装置配置一个操作票识别系统，用以采集和提取操作票的指令：

配置一个激光引导机器人系统，在操作票内容识别完成后，执行引导控制指令，采用视觉定位，可精准移动至目标操作柜的位置进行引导操作；

配置一个无线通信系统，用于实现操作票识别系统和激光引导机器人之间的无线通信。

6.按照权利要求1所述的用于辅助室内变电站巡检的激光语音引导装置，其特征是集中控制单元支持高速网络通信；

运动控制单元采用单片机控制激光引导机器人沿悬挂轨道的移动，控制器通过串行接口连接到集中控制单元；

激光引导单元采用集成激光光源，定制显示电力操作符号，通过控制线连接到集中控制单元，能够实现激光定位引导和闪烁提示；

语音引导单元通过外接扬声器实现声音提示功能，扬声器连接到集中控制单元的音频输出接口；扬声器布置在机器人结构上，随机器人整体一起移动。

7.按照权利要求1所述的用于辅助室内变电站巡检的激光语音引导装置，其特征是所述的激光语音引导装置融合了图像识别算法、室内定位算法、机器人运动控制算法，实现了引导装置快速移动到需要操作的位置，进行激光引导和语音提示，并对操作过程进行监视和校对。