CN112260036B - 一种配电变压器检测自动接线装置、机器人及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种配电变压器检测自动接线装置、机器人及方法，包括驱动机构、机械手和定位辅助机构，所述机械手包括机械手主体，且所述机械手主体具有一接口，所述接口上可拆卸连接动作夹爪或旋转夹爪，所述动作夹爪用于执行抓取动作，所述旋转夹爪用于施加旋转作用力；所述驱动机构，用于驱动所述机械手动作，提供动力；所述辅助定位机构设置于机械手上方，包括视觉识别模块和视觉识别相机，所述视觉识别相机用于采集目标接线柱的图像，所述视觉识别模块被配置为根据所述接线柱的图像识别器规格型号，并对接线柱进行定位。本公开实现了配电变压器检测试验全过程的自动接线、拆线，完全代替了人工操作。

Description

一种配电变压器检测自动接线装置、机器人及方法

技术领域

本公开属于配电变压器检测技术领域，涉及一种配电变压器检测自动接线装置、机器人及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在自动控制领域，机器手臂已经广泛应用，可以代替人工的实现各种动作。在配电变压器检测领域，目前仍普遍采用人工接拆线。

据发明人了解，目前国内尚无机器手臂及相关的配套装置可以完成配变检测试验的全过程自动接拆线。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种配电变压器检测自动接线装置、机器人及方法，本公开实现了配电变压器检测试验全过程的自动接线、拆线，完全代替了人工操作。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种配电变压器检测自动接线装置，包括驱动机构、机械手和定位辅助机构，其中：

所述机械手包括机械手主体，且所述机械手主体具有一接口，所述接口上可拆卸连接动作夹爪或旋转夹爪，所述动作夹爪用于执行抓取动作，所述旋转夹爪用于施加旋转作用力；

所述驱动机构，用于驱动所述机械手动作，提供动力；

所述辅助定位机构设置于机械手上方，包括视觉识别模块和视觉识别相机，所述视觉识别相机用于采集目标接线柱的图像，所述视觉识别模块被配置为根据所述接线柱的图像识别器规格型号，并对接线柱进行定位。

作为可选择的实施方式，所述驱动机构包括伺服电机、涡轮蜗杆、扭紧力输出轴、集电环及轴承和主输出轴，所述伺服电机通过扭紧力输出轴输出动力，所述涡轮蜗杆将输出动力的方向转换一定角度，传递给主输出轴，所述主输出轴的端部通过轴承连接有机械手主体，且所述主输出轴上设置有集电环。

作为可选择的实施方式，所述旋转夹爪包括一连接部和执行部，所述连接部能够套接进所述接口，所述执行部包括一壳体，壳体内设置有凹槽，凹槽中心设置有一通孔，凹槽部分与螺栓和螺母相匹配。

作为可选择的实施方式，所述旋转夹爪或驱动机构上设置有力矩传感器，当所述力矩传感器的检测值达到预设值后，所述驱动机构停止动作。

作为可选择的实施方式，所述动作夹爪包括两个相对设置的夹爪，且两个夹爪之间的间距可调。

作为可选择的实施方式，所述辅助定位机构还包括位移传感器，所述位移传感器用于检测机械手与目标接线柱距离。

作为可选择的实施方式，所述装置包括螺栓套装，具体包括多种型号的螺栓、螺母，分别与各种配电变压器进行适配，所述螺栓为内外螺纹结构，内螺纹与变压器高、低压接线柱连接，外螺纹与螺母连接，以便固定接线端子，不同型号的螺栓的内侧尺寸不一致，分别与目标接线柱相匹配；不同型号的螺栓外侧尺寸相同，与螺母内沿相匹配。

一种自动接线机器人，包括机器人主体，所述机器人主体上设置有上述配电变压器检测自动接线装置。

基于上述装置的自动接线方法，包括以下步骤：

利用视觉识别相机采集目标接线柱图像，视觉识别模块基于图像识别目标接线柱的型号，控制机械手动作，利用旋转夹爪夹取与目标接线柱相适配的螺栓，并移动到目标接线柱上方，驱动机构驱动旋转夹爪动作，将螺栓旋入接线柱，达到预设的转矩后，停止驱动机构动作；

拆卸旋转夹爪，安装动作夹爪，驱动机构带动动作夹爪夹取相应的接线端子，放至指定的位置后释放；

拆卸动作夹爪，安装旋转夹爪，找到并夹取目标螺母，移至目标接线柱上方，利用辅助定位机构对螺栓进行定位，驱动机构驱动旋转夹爪动作，将螺母拧紧，达到预设的转矩后，停止驱动机构动作，利用螺栓和螺母将接线端子固定。

作为可选择的实施方式，利用辅助定位机构对螺栓进行定位的具体过程包括：根据预先存储的目标特征样本，视觉识别模块定义目标物，依据预存的位置坐标数据，以及位移传感器的实时测量数据，重新计算目标物的新坐标数据。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开的自动接线装置可以与机器手臂相连接，使用方便，识别精确，工作人员仅需要更换相应的夹爪即可，大大减少了人工劳动强度，提高了接线效率，满足了配电变压器全自动检测的需要，提高了配变检测试验的工作效率。

本公开利用辅助定位机构对接线柱、螺栓进行准确定位，利用激光位移传感器弥补了二维相机的不足，可以在高精度的二维识别数据的基础上，添加足够精度的空间高度数据，为配变检测试验流程实现高精度的安装与拆除动作。

本公开的驱动机构，利用集电环在任何要求连续旋转的同时，又需要从固定位置到旋转位置传输电源和信号的机电系统中，能够提高系统性能，简化系统结构，避免导线在旋转过程中造成扭伤。通过集电环，为机械手的夹爪提供信号与动力。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是变压器检测自动接线装置的结构示意图；

图2是变压器检测自动接线装置的另一视图；

图3是旋转夹爪的结构示意图；

图4是机器人结构示意图。

其中：1、自动接线装置，2、机械爪手，3、凹槽部，4、集电环，5、伺服电机，6、扭紧力输出轴，7、轴承，8、主输出轴，9、动作夹爪，10、旋转夹爪，11、机械臂，12、激光位移传感器，13、视觉识别相机，14、辅助光源。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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。

实施例一：

一种配电变压器检测自动接线装置，如图1所示，包括驱动机构、机械手和定位辅助机构，其中：

所述机械手包括机械手主体，且所述机械手主体具有一接口，所述接口上可拆卸连接动作夹爪9或旋转夹爪10，所述动作夹爪9用于执行抓取动作，所述旋转夹爪10用于施加旋转作用力；

所述驱动机构，用于驱动所述机械手动作，提供动力；

所述辅助定位机构设置于机械手上方，包括视觉识别模块和视觉识别相机13，所述视觉识别相机13用于采集目标接线柱的图像，所述视觉识别模块被配置为根据所述接线柱的图像识别器规格型号，并对接线柱进行定位。

在本实施例中，驱动机构包括伺服电机5、扭紧力输出轴6、集电环4及轴承7、主输出轴8。伺服电机5用来提供螺栓螺母的旋转动力，通过伺服驱动器的力矩反馈，及时输出旋紧力矩数据。扭紧力输出轴6将伺服电机5输出的动力，经过涡轮蜗杆的形式，方向转换90度后，提供给主输出轴8。主输出轴8是旋紧力的动力主轴，同时也作为上下结构的连结机构。集电环4及轴承7用来提供机械夹爪的电源及旋转。

集电环4也叫导电环、滑环、集流环、汇流环等，它可以用在任何要求连续旋转的同时，又需要从固定位置到旋转位置传输电源和信号的机电系统中。滑环能够提高系统性能，简化系统结构，避免导线在旋转过程中造成扭伤。通过集电环4，为下方的电动夹爪提供信号与动力。轴承7用来提供上下方结构之间的光滑连接。

机械爪手2包括两种类型抓手，分别是动作夹爪9和旋转夹爪10。动作夹爪9用于在接线与拆线时夹取接线端子(线鼻子)。在做分接开关的动作时，亦可提供对分接开关的提、转、放的动作支持。旋转夹爪10在装与拆螺栓或螺母时，用于拾取螺栓、螺母，并在旋紧过程中提供旋转力。

如图3所示，旋转夹爪10包括一连接部和执行部，所述连接部能够套接进所述接口，所述执行部包括一壳体，壳体内设置有凹槽，凹槽中心设置有一通孔，凹槽部3分与螺栓和螺母相匹配。

旋转夹爪10或驱动机构上设置有力矩传感器，当所述力矩传感器的检测值达到预设值后，所述驱动机构停止动作。

动作夹爪9包括两个相对设置的夹爪，且两个夹爪之间的间距可调。

定位辅助系统包括视觉识别系统和激光位移传感器12。

如图2所示，视觉识别系统包括视觉识别相机13、辅助光源14和视觉识别处理器。视觉识别相机13是整个视觉识别系统的执行单元。所有图像数据都是由相机在辅助光源14提供的照度下输出至相机服务器的。由于外界环境光在一天中的变化非常大，辅助光源14可以为相机提供基本稳定的光照条件，为提高视觉识别的准确率与成功率提供帮助。视觉识别处理器上存储有人工智能算法即机器学习算法，用于自动识别目标接线柱规格型号，同时定位接线柱二维位置。

激光位移传感器12用于辅助视觉识别系统进行三维定位。目前的视觉识别相机13只能在二维层面提供高精度的识别数据，无法在空间高度方向进行输出。增加的激光位移传感器12弥补了二维相机的不足，可以在高精度的二维识别数据的基础上，添加足够精度的空间高度数据，为配变检测试验流程实现高精度的安装与拆除动作。

辅助定位机构还包括位移传感器，所述位移传感器用于检测机械手与目标接线柱距离。

还包括螺栓套装，具体包括多种型号的螺栓、螺母，分别与各种配电变压器进行适配，所述螺栓为内外螺纹结构，内螺纹与变压器高、低压接线柱连接，外螺纹与螺母连接，以便固定接线端子，不同型号的螺栓的内侧尺寸不一致，分别与目标接线柱相匹配；不同型号的螺栓外侧尺寸相同，与螺母内沿相匹配。

一种自动接线方法，具体步骤包括：

首先安装螺栓：根据目标变压器自动适配大小合适的螺栓。利用视觉识别和人工智能算法找到合适的螺栓套装。匹配完成后，机械夹爪旋转接头夹取螺栓，由机器手臂移动到目标上方，通过伺服电机5输出至主轴的旋转力，将螺栓旋入高低压接线柱，达到预设的转矩后，主轴将力矩反馈至伺服驱动器，提示系统，螺栓已安装到位。

然后接线：自动卸下旋转夹爪10，重新装上动作夹爪9。动作夹爪9通过集电环4提供的电源和信号，夹取相应的线鼻子，由机器手臂放至正确的位置，释放后完成该流程的动作。

最后安装螺母：将动作夹爪9卸下，重新装上旋转夹爪10。找到并夹取目标螺母，移至目标接线柱上方，识别螺栓三维定位，通过动力主体提供的旋转力，将螺母拧紧，螺栓和螺母将接线端子固定。

以上三步实现了试验前的自动接线。试验结束后还要进行自动拆线，过程与接线相反。不再重复说明。

在自动接线过程中通过视觉识别和高度数据采集实现三维定位的方法如下：通过机器学习的方式，在视觉服务器内存入目标特征样本；根据目标特征样本，视觉识别系统可以定义特定的目标物；依据视觉服务器内预存的位置坐标数据，以及激光位移传感器12的实时测量数据，重新计算特定目标物的新坐标数据；机器手臂根据视觉识别系统采集计算到的坐标值，准确完成所有的螺栓、螺母、接线端子(线鼻子)的流程动作。

实施例二

如图4所示，一种自动接线机器人，包括机器人主体，所述机器人主体的机械臂11上设置有实施例一的配电变压器检测自动接线装置。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开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公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种配电变压器检测自动接线装置，其特征是：包括驱动机构、机械手和定位辅助机构，其中：

所述机械手包括机械手主体，且所述机械手主体具有一接口，所述接口上可拆卸连接动作夹爪或旋转夹爪，所述动作夹爪用于执行抓取动作，所述旋转夹爪用于施加旋转作用力；

所述驱动机构，用于驱动所述机械手动作，提供动力；

所述定位 辅助机构设置于机械手上方，包括视觉识别模块和视觉识别相机，所述视觉识别相机用于采集目标接线柱的图像，所述视觉识别模块被配置为根据所述接线柱的图像识别器规格型号，并对接线柱进行定位；

所述驱动机构包括伺服电机、涡轮蜗杆、扭紧力输出轴、集电环及轴承和主输出轴，所述伺服电机通过扭紧力输出轴输出动力，所述涡轮蜗杆将输出动力的方向转换一定角度，传递给主输出轴，所述主输出轴的端部通过轴承连接有机械手主体，且所述主输出轴上设置有集电环。

2.如权利要求1所述的一种配电变压器检测自动接线装置，其特征是：所述旋转夹爪包括一连接部和执行部，所述连接部能够套接进所述接口，所述执行部包括一壳体，壳体内设置有凹槽，凹槽中心设置有一通孔，凹槽部分与螺栓和螺母相匹配。

3.如权利要求1所述的一种配电变压器检测自动接线装置，其特征是：所述旋转夹爪或驱动机构上设置有力矩传感器，当所述力矩传感器的检测值达到预设值后，所述驱动机构停止动作。

4.如权利要求1所述的一种配电变压器检测自动接线装置，其特征是：所述动作夹爪包括两个相对设置的夹爪，且两个夹爪之间的间距可调。

5.如权利要求1所述的一种配电变压器检测自动接线装置，其特征是：所述辅助定位机构还包括位移传感器，所述位移传感器用于检测机械手与目标接线柱距离。

6.如权利要求1所述的一种配电变压器检测自动接线装置，其特征是：所述装置包括螺栓套装，具体包括多种型号的螺栓、螺母，分别与各种配电变压器进行适配，所述螺栓为内外螺纹结构，内螺纹与变压器高、低压接线柱连接，外螺纹与螺母连接，以便固定接线端子，不同型号的螺栓的内侧尺寸不一致，分别与目标接线柱相匹配；不同型号的螺栓外侧尺寸相同，与螺母内沿相匹配。

7.一种自动接线机器人，其特征是：包括机器人主体，所述机器人主体上设置有权利要求1-6中任一项所述的配电变压器检测自动接线装置。

8.基于权利要求1-6中任一项所述的装置的自动接线方法，其特征是：包括以下步骤：

利用视觉识别相机采集目标接线柱图像，视觉识别模块基于图像识别目标接线柱的型号，安装旋转夹爪，控制机械手动作，利用旋转夹爪夹取与目标接线柱相适配的螺栓，并移动到目标接线柱上方，驱动机构驱动旋转夹爪动作，将螺栓旋入接线柱，达到预设的转矩后，停止驱动机构动作；

拆卸旋转夹爪，安装动作夹爪，驱动机构带动动作夹爪夹取相应的接线端子，放至指定的位置后释放；

拆卸动作夹爪，安装旋转夹爪，找到并夹取目标螺母，移至目标接线柱上方，利用辅助定位机构对螺栓进行定位，驱动机构驱动旋转夹爪动作，将螺母拧紧，达到预设的转矩后，停止驱动机构动作，利用螺栓和螺母将接线端子固定。

9.如权利要求8所述的自动接线方法，其特征是：利用辅助定位机构对螺栓进行定位的具体过程包括：根据预先存储的目标特征样本，视觉识别模块定义目标物，依据预存的位置坐标数据，以及位移传感器的实时测量数据，重新计算目标物的新坐标数据。

Images