CN112809684A - 配网带电作业机器人及其人机协同安全作业方法 - Google Patents

配网带电作业机器人及其人机协同安全作业方法 Download PDF

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凌松
唐旭明
单晓锋
郭祥
甄武东
韩先国
刘强
段中利
董二宝
王亚豪
陈宇涛
刘年国
范冬冬
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Abstract

本发明公开了一种配网带电作业机器人及其人机协同安全作业方法，包括以下步骤：1)配网带电作业机器人通过对环境三维扫描重构，建立环境模型；2)配网带电作业机器人根据不同的作业任务，通过视觉识别每种任务特定的作业目标并定位；3)配网带电作业机器人依据不同作业规范结合基本动作轨迹库进行自主路径规划，从而完成相应的作业功能；当配网带电作业机器人无法完成或只能低效完成相应动作时，通过人工介入辅助完成，并在人工介入辅助完成相应动作后继续转为由配网带电作业机器人作业。使用该配网带电作业机器人所执行的人机协同安全作业方法大幅提升了配网带电作业机器人的作业适用性、安全性和效率。

Description

配网带电作业机器人及其人机协同安全作业方法
技术领域
本发明涉及自动化及机器人技术领域，具体地涉及配网带电作业机器人及其人机协同安全作业方法。
背景技术
相比于线路停电条件下的检修，配网带电作业是一项风险程度高、劳动强度大、技术复杂工作，各项作业所用工具种类繁多，对带电作业人员的技能要求较高，因此在带电作业的推进过程中面临着重重困难。为此，近些年来，国内外电力行业大力开展配网带电作业机器人的研发。
配网带电作业机器人通过绝缘斗臂车携带配网带电作业机器人对配电网线路进行作业，目前的作业方式通常为地面人员遥操作或机器人自主作业。遥操作方式可实现作业功能多，但地面人员操控繁琐复杂、技术要求高、劳动强度大；自主作业方式目前仅能完成动作较为简单的接火作业，且对作业环境要求苛刻，适应的作业场景非常有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种配网带电作业机器人的人机协同安全作业方法，使用该配网带电作业机器人所执行的人机协同安全作业方法大幅提升了配网带电作业机器人的作业适用性、安全性和效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种配网带电作业机器人的人机协同安全作业方法，该人机协同安全作业方法包括以下步骤：
1)配网带电作业机器人通过对环境三维扫描重构，建立环境模型；
2)配网带电作业机器人根据不同的作业任务，通过视觉识别每种任务特定的作业目标并定位；
3)配网带电作业机器人依据不同作业规范结合基本动作轨迹库进行自主路径规划，从而完成相应的作业功能；其中，
在步骤1)-3)中的任意一个步骤中的任意一个操作动作，当配网带电作业机器人无法完成或只能低效完成相应动作时，通过人工介入辅助完成，并在人工介入辅助完成相应动作后继续转为由配网带电作业机器人作业。
优选地，人工介入辅助为通过人工遥操作的方式辅助网带电作业机器人完成相应动作。
优选地，当配网带电作业机器人在自主作业过程中，由于光照或天气因素影响，出现目标识别准确度不高、作业路径规划失败或动作未能准确执行的情况时，通过人工遥操作的方式介入，由操作人员来帮助选定作业目标并识别定位，或者由操作人员通过虚拟现实遥操作系统引导配网带电作业机器人完成作业动作。
优选地，对于场景特殊或作业功能复杂的情况，当前自主作业程序路径规划结果不佳或规划时间较长时，将采用人工遥操作为主的作业模式。
优选地，在人工遥操作过程中，配网带电作业机器人通过学习操作人员的操作的习惯，将存在的规范动作序列通过基本动作轨迹库实现。
优选地，在作业过程中，操作人员始终保持对配网带电作业机器人控制的最高决策权，包括对自动作业轨迹修正和是否执行的决策权。
优选地，在自动作业前，配网带电作业机器人中的机械臂的预执行轨迹在虚拟仿真环境中进行预先模拟，确认预执行轨迹无误后，机械臂执行相应动作。
优选地，机械臂在自动作业过程中存在问题时，可以暂停机械臂动作，并自动切换至人工遥操作模式进行修正，修正确认后，机械臂继续自动作业以完成剩余动作。
本发明还提供了一种配网带电作业机器人，该配网带电作业机器人包括：机器人本体和控制中心，所述机器人本体上设置有机械臂，所述机械臂的端部设置有视觉摄像头；所述视觉摄像头用于对环境三维扫描重构，建立环境模型，以及识别每种任务特定的作业目标并定位，所述控制中心依据不同作业规范结合基本动作轨迹库进行自主路径规划，并控制机械臂完成相应的作业功能，同时所述控制中心能够接收所述视觉摄像头的图像信息并对所反馈的图像信息进行处理。
优选地，所述配网带电作业机器人与人工遥操作系统连接。
根据上述技术方案，本发明通过将地面人员人工介入辅助与配网带电作业机器人自主作业有机融合切换，实现高效率和安全的配电网带电作业。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是人机协同安全作业方法的模拟示意图；
图2是带电接火作业的一种实施方式的流程图。
附图标记说明
1配网带电作业机器人 2机械臂
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上下左右、前后内外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。
参见图1所示的配网带电作业机器人的人机协同安全作业方法，该人机协同安全作业方法包括以下步骤：
1)配网带电作业机器人1通过对环境三维扫描重构，建立环境模型；
2)配网带电作业机器人1根据不同的作业任务，通过视觉识别每种任务特定的作业目标并定位；
3)配网带电作业机器人1依据不同作业规范结合基本动作轨迹库进行自主路径规划，从而完成相应的作业功能；其中，
在步骤1)-3)中的任意一个步骤中的任意一个操作动作，当配网带电作业机器人1无法完成或只能低效完成相应动作时，通过人工介入辅助完成，并在人工介入辅助完成相应动作后继续转为由配网带电作业机器人1作业。
在该实施方式中，优选地，人工介入辅助为通过人工遥操作的方式辅助网带电作业机器人完成相应动作。
在该实施方式中，优选地，当配网带电作业机器人1在自主作业过程中，由于光照或天气因素影响，出现目标识别准确度不高、作业路径规划失败或动作未能准确执行的情况时，通过人工遥操作的方式介入，由操作人员来帮助选定作业目标并识别定位，或者由操作人员通过虚拟现实遥操作系统引导配网带电作业机器人1完成作业动作。
在该实施方式中，优选地，对于场景特殊或作业功能复杂的情况，当前自主作业程序路径规划结果不佳或规划时间较长时，将采用人工遥操作为主的作业模式。
在该实施方式中，优选地，在人工遥操作过程中，配网带电作业机器人1通过学习操作人员的操作的习惯，将存在的规范动作序列通过基本动作轨迹库实现。
在该实施方式中，优选地，在作业过程中，操作人员始终保持对配网带电作业机器人1控制的最高决策权，包括对自动作业轨迹修正和是否执行的决策权。
在该实施方式中，优选地，在自动作业前，配网带电作业机器人1中的机械臂2的预执行轨迹在虚拟仿真环境中进行预先模拟，确认预执行轨迹无误后，机械臂2执行相应动作。
在该实施方式中，优选地，机械臂2在自动作业过程中存在问题时，可以暂停机械臂2动作，并自动切换至人工遥操作模式进行修正，修正确认后，机械臂2继续自动作业以完成剩余动作。
本发明还提供了一种配网带电作业机器人，该配网带电作业机器人包括：机器人本体和控制中心，所述机器人本体上设置有机械臂2，所述机械臂2的端部设置有视觉摄像头；所述视觉摄像头用于对环境三维扫描重构，建立环境模型，以及识别每种任务特定的作业目标并定位，所述控制中心依据不同作业规范结合基本动作轨迹库进行自主路径规划，并控制机械臂2完成相应的作业功能，同时所述控制中心能够接收所述视觉摄像头的图像信息并对所反馈的图像信息进行处理。
在该实施方式中，优选地，所述配网带电作业机器人与人工遥操作系统连接。
本发明面向配网带电作业机器人1，拓展了配网带电作业机器人1的作业控制方式。具体优点表现在以下几个方面：
第一、遥操作和自动作业随需要自由切换能够保证作业的可控性；
第二、遥操作和自动作业结合，既弥补了遥操作面对单一简单工作的稳定性又提高了自动作业面对复杂场景的可靠性；
第三、使得绝大多数作业任务变得更为简单、效率更高。
以下以带电接火作业为例进一步说明：
如图2所示，在带电接火作业中，配网带电作业搭载导线抓取夹手和接火装置进行工作。首先通过环境三维扫描重构，建立环境模型，根据带电作业要求，识别出待接火引线，并且定位抓取位置，当出现目标识别准确度不高，操作人员人工选定作业目标并识别定位。之后进行运动规划得到能够进行抓取引线作业的运动，并在虚拟环境中进行仿真，当操作人员确认该运动可以执行时，配网带电作业执行该运动，运动过程如果自主作业不能完成抓取引线任务，由操作人员通过虚拟现实遥操作系统引导配网带电作业完成抓取任务，抓取引线后，再通过自主作业，配网带电作业将引线移动到合适穿线的位置，通过自主作业将导线穿入到接火装置中，该作业过程如果自主作业不能完成任务，由操作人员通过虚拟现实遥操作系统引导配网带电作业完成作业动作，将导线穿入到接火装置中后，然后松开夹手，识别待接火导线，并且定位适合进行接火位置，当出现目标识别准确度不高，操作人员人工选定作业目标并识别定位，之后进行运动规划将接火装置上升卡住导线的运动，并在虚拟环境中进行仿真，当操作人员确认该运动可以执行时，配网带电作业执行该运动，该运动过程如果自主作业不能完成任务，由操作人员通过虚拟现实遥操作系统引导配网带电作业完成作业动作，执行完成后接火装置工作完成接火，之后快速收回接火装置，完成接火工作。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种配网带电作业机器人的人机协同安全作业方法，其特征在于，所述人机协同安全作业方法包括以下步骤：
1)配网带电作业机器人(1)通过对环境三维扫描重构，建立环境模型；
2)配网带电作业机器人(1)根据不同的作业任务，通过视觉识别每种任务特定的作业目标并定位；
3)配网带电作业机器人(1)依据不同作业规范结合基本动作轨迹库进行自主路径规划，从而完成相应的作业功能；其中，
在步骤1)-3)中的任意一个步骤中的任意一个操作动作，当配网带电作业机器人(1)无法完成或只能低效完成相应动作时，通过人工介入辅助完成，并在人工介入辅助完成相应动作后继续转为由配网带电作业机器人(1)作业。
2.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人的人机协同安全作业方法，其特征在于，人工介入辅助为通过人工遥操作的方式辅助网带电作业机器人完成相应动作。
3.根据权利要求2所述的配网带电作业机器人的人机协同安全作业方法，其特征在于，当配网带电作业机器人(1)在自主作业过程中，由于光照或天气因素影响，出现目标识别准确度不高、作业路径规划失败或动作未能准确执行的情况时，通过人工遥操作的方式介入，由操作人员来帮助选定作业目标并识别定位，或者由操作人员通过虚拟现实遥操作系统引导配网带电作业机器人(1)完成作业动作。
4.根据权利要求2所述的配网带电作业机器人的人机协同安全作业方法，其特征在于，对于场景特殊或作业功能复杂的情况，当前自主作业程序路径规划结果不佳或规划时间较长时，将采用人工遥操作为主的作业模式。
5.根据权利要求4所述的配网带电作业机器人的人机协同安全作业方法，其特征在于，在人工遥操作过程中，配网带电作业机器人(1)通过学习操作人员的操作的习惯，将存在的规范动作序列通过基本动作轨迹库实现。
6.根据权利要求1所述的配网带电作业机器人的人机协同安全作业方法，其特征在于，在作业过程中，操作人员始终保持对配网带电作业机器人(1)控制的最高决策权，包括对自动作业轨迹修正和是否执行的决策权。
7.根据权利要求1-6中的任意一项所述的配网带电作业机器人的人机协同安全作业方法，其特征在于，在自动作业前，配网带电作业机器人(1)中的机械臂(2)的预执行轨迹在虚拟仿真环境中进行预先模拟，确认预执行轨迹无误后，机械臂(2)执行相应动作。
8.根据权利要求7所述的配网带电作业机器人的人机协同安全作业方法，其特征在于，机械臂(2)在自动作业过程中存在问题时，可以暂停机械臂(2)动作，并自动切换至人工遥操作模式进行修正，修正确认后，机械臂(2)继续自动作业以完成剩余动作。
9.一种配网带电作业机器人，其特征在于，所述配网带电作业机器人用于执行权利要求1-8中的任意一项所述的人机协同安全作业方法，包括：机器人本体和控制中心，所述机器人本体上设置有机械臂(2)，所述机械臂(2)的端部设置有视觉摄像头；
所述视觉摄像头用于对环境三维扫描重构，建立环境模型，以及识别每种任务特定的作业目标并定位，所述控制中心依据不同作业规范结合基本动作轨迹库进行自主路径规划，并控制机械臂(2)完成相应的作业功能，同时所述控制中心能够接收所述视觉摄像头的图像信息并对所反馈的图像信息进行处理。
10.根据权利要求9所述的配网带电作业机器人，其特征在于，所述配网带电作业机器人与人工遥操作系统连接。
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