CN114434447A - 一种gis检修机器人电控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GIS检修机器人电控系统包括：上位机以及与上位机通信连接的第一控制模块和第二控制模块；上位机用于接收操作者的指令，并将相应指令发送给第一控制模块；第一控制模块分别与行进驱动电机组、变形驱动电机组和柔性臂驱动电机组通信连接，用于依据来自上位机的指令，生成各电机组的控制信号，并将生成的控制信号发送给各电机组，由各电机组控制GIS检修机器人动作；第二控制模块，与用于采集视频的相机组件通信连接，生成GIS腔体内三维图像，并与采集的视频信息一起发送给上位机。本发明还提供了一种GIS检修机器人电控方法。本发明以第一控制模块和第二控制模块为主控核心的架构，并在这种架构上实现了多线程的并行运行，使得整个电控系统性能更强。

Description

一种GIS检修机器人电控系统及方法

技术领域

本发明属于电力系统GIS设备(Gas Insulation Switchgear，气体绝缘开关设备)检修技术领域，涉及一种GIS检修机器人的电控系统设计。

背景技术

GIS为全封闭设备，检修人员很难进入设备内部查找故障点。GIS检修维护机器人作为一种可以运行在GIS腔体内部的移动机器人平台，可以携带不同的执行机构执行各种任务，在节省人力成本的同时极大提高了作业的效率，值得研究和广泛应用。由于GIS检修维护机器人作业对象及作业环境的特殊性，现有的电控系统设计鲜有涉及到GIS检修机器人，且电控系统逻辑性及系统可扩展性较差。

因此，目前对于移动机器人平台电控系统设计比较匮乏，研究设计一套针对GIS检修机器人的电控系统设计方案具有重要意义。

发明内容

针对GIS检修机器人作业环境的特殊性，本发明目的旨在提供一种GIS检修机器人电控系统，提升机器人运行的可靠性和检修效率。

本发明另一目的旨在提供一种GIS检修机器人电控方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案来实现。

本发明提供的GIS检修机器人电控系统包括：上位机以及与上位机通信连接的第一控制模块和第二控制模块；

上位机，用于接收操作者的指令，并将相应指令发送给第一控制模块和第二控制模块；

第一控制模块，分别与用于控制GIS检修机器人行进的行进驱动电机组、用于控制GIS检修机器人本体变形的变形驱动电机组和用于控制安装于机器人本体后端柔性臂弯曲的柔性臂驱动电机组通信连接，用于依据来自上位机的指令，生成各电机组的控制信号，并将生成的控制信号发送给各电机组，由各电机组控制GIS检修机器人动作；

第二控制模块，与用于采集视频的相机组件通信连接，依据相机组件采集的视频数据在ROS系统下生成GIS腔体内三维图像，并与相机组件采集的视频信息一起发送给上位机。

上述GIS检修机器人电控系统，所述行进驱动电机组、变形驱动电机组和柔性臂驱动电机组均包括配套使用的驱动器和电机，进一步通过设置的相应传感器实时采集各电机运转数据，并将采集的数据反馈给第一控制模块，便于提升第一控制模块的控制精度。

上述GIS检修机器人电控系统，所述第一控制模块还可以将通过各电机组相应传感器采集的实时数据发送给上位机进行实时显示。所述第一控制模块还与惯性导航模块(IMU模块)通信连接，用于实时获取GIS检修机器人的姿态信息，进一步将获取的GIS检修机器人的姿态信息发送给第二控制模块和上位机。

上述GIS检修机器人电控系统，相机组包括设置于GIS检修机器人前端的RGB-D相机，设置于GIS检修机器人后端的双目视觉定位相机以及设置于柔性臂末端的视频检查相机或视觉惯性模组。第二控制模块在ROS系统下，依据RGB-D相机采集的视频数据以及GIS检修机器人的姿态信息，采用常规视觉惯性算法(VINS-SLAM)处理得到GIS腔体内三维图像；双位视觉定位相机对GIS腔体内的异物进行定位得到异物定位信息；视觉惯性模组采用本领域已经披露的常规视觉惯性模组，用于获取柔性臂末端姿态信息，并对GIS腔体内进行全方位视频检查。第二控制模块还将GIS腔体内三维图像、GIS腔体内异物定位信息以及GIS腔体内进行全方位视频检查数据发送给上位机进行显示。

上述GIS检修机器人电控系统，第二控制模块将GIS腔体内异物定位信息发送给第一控制模块，第一控制模块依据异物定位信息，控制柔性臂驱动电机组运转，使柔性臂移动至异物位置处，以实现柔性臂对异物等的自动抓取操作。第二控制模块还可以将视觉惯性模组获取柔性臂末端姿态信息发送给第一控制模块，辅助第一控制模块控制柔性臂驱动电机组运转。

上述GIS检修机器人电控系统，所述第一控制模块和第二控制模块通过通讯模块(有线通讯模块或无线通讯模块)与上位机通讯连接。在优选实现方式中，所述第一控制模块和第二控制模块通过无线通讯模块与上位机通讯连接。所述无线通讯模块包括无线AP路由以及可能需要的其他外设路由器。无线AP路由包括WiFi模块。所述无线AP路由一端通过ETH(Ethereum，以太坊)网络分别与第一控制模块和第二控制模块连接，另一端通过ETH网络与上位机连接。

上述GIS检修机器人电控系统，还包括设置于上位机中的电控固件更新处理模块，通过该电控固件更新处理模块对机器人固件(包括第一控制模块、第二控制模块和各电机组配套的驱动器等)进行在线更新。

上述GIS检修机器人电控系统，第一控制模块还设置有若干拓展模块接口，用于后续拓展GIS检修机器人其他功能。

上述GIS检修机器人电控系统，还包括安装于GIS检修机器人上的多个外设装置，例如摄像头补光灯、板载测温传感器、环境温湿度传感器、高增益天线等；所述摄像头补光灯在GIS检修机器人本体的位置与相机组各相机位置相适配，用于为各相机补光；所述摄像头补光灯、环境温湿度传感器和板载测温传感器均与第一控制模块连接。所述第一控制模块控制摄像头补光灯的开关，还将实时采集的环境温湿度和第一控制模块的温度发送给上位机。所述高增益天线安装于无线通讯模块上，用于增强信号传输效果。

上述GIS检修机器人电控系统，还包括电源装置，所述电源装置用于为第一控制模块、第二控制模块、各电机组、拓展模块、外设装置等供电。所述电源装置包括锂电池组，电池充放电管理模块，驱动电源管理模块，功率监测模块，电源转换模块以及芯片电源管理模块。所述功率监测模块分别与充电电源输入端、电池充放电管理模块、驱动电源管理模块、电源转换模块以及第一控制模块连接，用于依次来自第一控制模块的控制信号，分别经电源转换模块和驱动电源管理模块向第一控制模块、第二控制模块、通讯模块和各电机组供电，并对电源转换模块、电池充放电管理模块和驱动电源管理模块功率进行监测，当电流、电压过大等状况出现时，提醒操作者出现意外情况。所述锂电池组为充电电源，在充电电源没有接入时，代替充电电源供电。所述电池充放电管理模块用于对锂电池组电量使用情况进行管理，且当锂电池组电量低于设定阈值时，提醒操作者接入充电电源。所述驱动电源管理模块用于依据经第一控制模块传送的上位机指令信息，打开各个电机组的驱动器电源开关，为各电机组提供供电；同时在紧急情况下可直接关闭开关，防止对GIS检修机器人造成损伤。所述电源转换模块用于对来自充电电源或锂电池组的电流进行调整，并为第一控制模块和芯片电源管理模块供电。所述芯片电源管理模块用于对电流进一步调整，为无线通讯模块、第二控制模块以及拓展模块等进行供电。

上述GIS检修机器人电控系统，所述上位机用于将控制机器人的操作指令(包括各电机组、相机组的启动指令，GIS检修机器人运行指令，以及柔性臂控制指令等)发送至第一控制模块和第二控制模块。所述上位机可以依据操作指令设置相应的功能按键，对应不同的工作模式，实现不同的功能。所述上位机还设置有人机交互界面，其包括GIS检修机器人状态信息显示栏、视频检测显示界面和三维重建显示界面等。GIS检修机器人状态信息显示栏用于显示各电机组中电机速度、锂电池组电量、GIS腔体内环境温湿度、和第一控制模块的温度以及GIS检修机器人的姿态信息等；视频检测显示界面用于显示RGB-D相机和视频检查相机(或视觉惯性模组)采集的图像数据；三维重建显示界面用于显示GIS腔体内三维图像。所述人机交互界面进一步包括GIS检修机器人连接状态栏，用于显示上位机与第一控制模块和第二控制模块的通信连接状态；所述人机交互界面还可以进一步包括用于显示异物定位信息的异物定位界面。

上述GIS检修机器人电控系统，还可以包括与上位机并行设置的移动监控平台，用于接收来自第一控制模块和第二控制模块传输的数据，对GIS检修机器人状态、GIS检修机器人连接状态、相机采集的视频以及GIS设备腔内环境的三维重建图像进行实时显示。

本发明还公开了一种GIS检修机器人电控方法，其包括以下步骤：

步骤一，依据接收的指令，生成用于控制GIS检修机器人行进的行进驱动电机组、用于控制GIS检修机器人本体变形的变形驱动电机组和用于控制安装于机器人本体后端柔性臂弯曲的柔性臂驱动电机组的控制信号，并将生成的控制信号发送给各电机组，由各电机组控制GIS检修机器人动作；

步骤二，依据相机组件采集的视频数据在ROS系统下生成GIS腔体内三维图像，并与相机组件采集的视频信息一起发送给上位机。

上述GIS检修机器人电控方法，步骤二中，还依据相机组件采集的视频数据获取异物位置信息。

上述GIS检修机器人电控方法，还包括步骤三，依据异物位置信息，生成柔性臂驱动电机组的控制信号，通过柔性臂驱动电机组运转使柔性臂移动至异物位置处，以实现柔性臂对异物的自动抓取操作。

本发明提供的GIS检修机器人电控系统具有以下有益效果：

(1)本发明提供的GIS检修机器人电控系统，以第一控制模块和第二控制模块为主控核心的架构，并在这种架构上实现了多线程的并行运行，不仅提高了视频数据的实时性，也增强了算法搭载能力，能够同时实现异物检测及GIS检修机器人定位，使得整个电控系统性能更强。

(2)本发明提供的GIS检修机器人电控系统，以第一控制模块和第二控制模块为主构成的系统架构完整，实时性强，执行自动化检修作业能力突出，能够提高GIS腔体内检修维护的效率。

附图说明

图1为GIS检修机器人结构示意图；其中，1-GIS检修机器人本体，2-滚轮，3-柔性臂，4-双目视觉定位相机。

图2为GIS检修机器人电控系统原理示意图。

图3为上位机人机交互界面部分内容示意图。

图4为电控固件更新处理模块界面示意图。

图5为GIS检修机器人内部电控布局示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明。

实施例1

GIS腔体内部结构存在导电杆、支撑绝缘子及其它各种元件，其检修过程较为复杂导致普通机器人移动困难，所以GIS检修机器人针对性的进行了运动控制部分设计，如图1所示，GIS检修机器人包括GIS检修机器人本体1、安装于GIS检修机器人本体四周的四个滚轮2，安装于GIS检修机器人本体后端的柔性臂3和双目视觉定位相机4，以及安装于GIS检修机器人本体前端的RGB-D相机，且双目视觉定位相机4位于柔性臂3两侧。GIS检修机器人本体1沿宽度方向分为三部分，中间部分与其两侧部分之间通过第一舵机转动连接，由第一舵机驱动两侧部分转动，从而使GIS检修机器人本体两侧给定角度(例如0～25°)范围内的变形，使检修机器人本体底盘由平面变成近似弧面，进而使检修机器人能适应不同曲率的弧面，实现检修机器人适应不同厂家220kV及以上GIS设备，不受腔体外观、型号、结构等差异的影响。GIS检修机器人四个滚轮分别通过四个行进电机控制前进和后退；并通过与行进电机固定连接的第二舵机实现左右转向。柔性臂3包括通过连接关节连接在一起的第一柔性部和第二柔性部，第二柔性部末端关节安装有视频检查相机(或视觉惯性模组)和清洁工具；连接关节和末端关节各通过三根驱动合金丝与相应的柔性臂驱动电机连接；驱动合金丝与柔性臂驱动电机数量相同；六根驱动合金丝，可以实现第一柔性部和第二柔性部不同方向的移动，从而驱动柔性臂携带异物清洁工具移动至GIS腔体内的目标区域，对异物进行清理，并通过视频检查相机(或视觉惯性模组)对目标区域进行视频采集。上述行进电机、第二航机与相应的驱动器构成行进驱动电机组，第一舵机与相应的驱动器构成变形驱动电机组，柔性臂驱动电机与相应的驱动器构成柔性臂驱动电机组。上述双位视觉定位相机、RGB-D相机和视频检查相机(或视觉惯性模组)构成相机组。为满足GIS检修维护机器人在工程中正常作业的功能需求，考虑会在GIS腔体内部进行持续性短期作业，对机器人的续航能力提出了要求，使机器人电控系统具备高性能和可扩展性等特点，特进行本发明的研究。

本发明所提供的GIS检修机器人电控系统，在对上述行进电机、柔性臂驱动电机、第一舵机、第二舵机、相机组控制的基础上，进一步设计充电管理单元以及配备了可替换电池；机器人作业环境附近存在大型机电设备启停等因素造成的电磁干扰会影响无线通信效果，设计了有线和无线两种通信方式以满足机器人和上位机之间的通讯；GIS检修机器人需要在GIS腔体内实现正常行走以及变形功能，对此设计实现了完善的运动控制逻辑。在此过程中为了准确掌握机器人的实时姿态，增加了IMU模块设计。针对GIS检修机器人的续航、通信、运动控制逻辑等电控系统的设计问题，结合GIS检修机器人在不同场景环境中的需求，本发明提出了相应解决方案。伴随着硬件设备制造工艺与运行性能的提升，优秀的电控系统设计方案会极大提升机器人运行效能。

基于上述分析，如图2所示，本实施例提供的GIS检修机器人电控系统包括：上位机以及与上位机通信连接的第一控制模块和第二控制模块，通讯模块以及多个外设装置和电源装置。第一控制模块和第二控制模块可以集成于上位机上，也可以集成于GIS检修机器人本体，本领域技术人员可以根据需求进行具体设计。

上位机，用于接收操作者的指令，将控制机器人的操作指令(包括各电机组、相机组和视觉惯性模组的启动指令，GIS检修机器人运行指令，以及柔性臂控制指令等)发送至第一控制模块和第二控制模块。上位机可以依据操作指令设置相应的功能按键，对应不同的工作模式，实现不同的功能。上位机还设置有人机交互界面，如图3所示，其包括GIS检修机器人状态信息显示栏、GIS检修机器人连接状态栏、视频检测显示界面(包括第一视频检测显示界面和第二视频检测显示界面)、三维重建显示界面等，GIS检修机器人状态信息显示栏用于显示各电机组中电机速度、锂电池组电量、GIS腔体内环境温湿度、和第一控制模块的温度以及GIS检修机器人的姿态信息等；视频检测显示界面用于显示RGB-D相机和视频检查相机(或视觉惯性模组)采集的图像数据；三维重建显示界面用于显示GIS腔体内三维图像；GIS检修机器人连接状态栏用于显示上位机与第一控制模块和第二控制模块的通信连接状态。所述人机交互界面还可以进一步包括用于显示异物定位信息的异物定位界面(图中未示出)。上位机还包括设置于上位机中的电控固件更新处理模块(界面如图4所示)，电控固件更新处理模块主要用于更新各电控固件(包括第一控制模块、第二控制模块和各电机组配套的驱动器等)对应的内容，通过该电控固件更新处理模块对机器人固件进行在线更新。为了便于电控固件更新，可以在上位机上设置与第一控制模块和第二控制模块连接相应的按钮，通过该按钮，将相应固件与上位机连接，进而通过该电控固件更新处理模块对第一控制模块和第二控制模块直接进行在线更新；各电机组配套的驱动器的更新程序经第一控制模块发送给相应的驱动器。

第一控制模块，主要用于实现对各电机组的控制，本实施例采用的主要是STM32F7芯片。第一控制模块分别与行进驱动电机组、变形驱动电机组和柔性臂驱动电机组通信连接，具体为通过CAN收发器与各电机组相应的驱动器连接。第一控制模块用于依据来自上位机的指令，生成各电机组的控制信号，并将生成的控制信号发送给各电机组，由各电机组控制GIS检修机器人动作。第一控制模块还将通过各电机组相应传感器(例如编码器)采集的实时数据发送给上位机进行实时显示。第一控制模块还经RS232收发器与惯性导航模块(IMU模块)通信连接，用于实时获取GIS检修机器人的姿态信息，进一步将获取的GIS检修机器人的姿态信息发送给第二控制模块和上位机。第一控制模块还设置有若干拓展模块接口，若干拓展模块接口经RS485收发器与第一控制模块连接，用于后续拓展GIS检修机器人其他功能。

第二控制模块，主要用于实现对相机组中的RGB-D相机、双位视觉定位相机和视频检查相机(或视觉惯性模组)的控制，本实施例采用的主要是Jetson NX芯片。第二控制模块通过相机串行接口(CSI)与双位视觉定位相机的两个相机连接；第二控制模块通过USB PHY模块与视频检查相机(或视觉惯性模组)和RGB-D相机(图中未示出)连接，USB PHY模块还可以进一步与USB设备连接，用于扩展USB接口。第二控制模块依据RGB-D相机采集的视频数据以及GIS检修机器人的姿态信息，采用常规视觉惯性算法(VINS-SLAM)生成GIS腔体内三维图像(具体为三维点云)。双位视觉定位相机对GIS腔体内的异物进行定位得到异物定位信息；视觉惯性模组采用本领域已经披露的常规视觉惯性模组，用于获取柔性臂末端姿态信息，并对GIS腔体内进行全方位视频检查。第二控制模块还将GIS腔体内三维图像、GIS腔体内异物定位信息以及GIS腔体内进行全方位视频检查数据发送给上位机进行显示；同时第二控制模块将GIS腔体内异物定位信息发送给第一控制模块。第一控制模块依据异物定位信息，控制柔性臂驱动电机组运转，使柔性臂移动至异物位置处，以实现柔性臂对异物的自动抓取操作。第二控制模块还可以将视觉惯性模组获取柔性臂末端姿态信息发送给第一控制模块，辅助第一控制模块控制柔性臂驱动电机组运转。

第一控制模块和第二控制模块通过通讯模块与上位机通讯连接。通讯模块可以为有线通讯模块或无线通讯模块。在优选实现方式中，第一控制模块和第二控制模块通过无线通讯模块与上位机通讯连接。无线通讯模块包括无线AP路由以及可能需要的其他外设路由器。无线AP路由包括WiFi模块。无线AP路由一端通过ETH(Ethereum，以太坊)网络分别与第一控制模块和第二控制模块连接，另一端通过ETH网络与上位机连接。

上述GIS检修机器人电控系统，还包括安装于GIS检修机器人上的多个外设装置，例如摄像头补光灯、环境温湿度传感器、高增益天线等。摄像头补光灯经补光灯驱动与第一控制模块连接；环境温湿度传感器和板载测温传感器均经I2C总线与第一控制模块连接。第一控制模块控制摄像头补光灯的开关，还将实时采集的环境温湿度和第一控制模块的温度发送给上位机。摄像头补光灯在GIS检修机器人本体的位置与相机组各相机相适配，具体可以设置于相应相机上方、下方或圆周，用于为相机补光。所述高增益天线安装于无线通讯模块上，用于增强信号传输效果。

上述GIS检修机器人电控系统，还包括电源装置，电源装置用于为第一控制模块、第二控制模块、各电机组、拓展模块、外设装置等供电。电源装置包括锂电池组，电池充放电管理模块，驱动电源管理模块，功率监测模块，电源转换模块以及芯片电源管理模块。功率监测模块经I2C总线或IO线与第一控制模块连接，同时功率监测模块还与电池充放电管理模块、驱动电源管理模块和电源转换模块连接，用于依据来自第一控制模块的控制信号，分别经电源转换模块和驱动电源管理模块向第一控制模块、第二控制模块、通讯模块和各电机组供电，并对电源转换模块、电池充放电管理模块和驱动电源管理模块功率进行监测，当电流、电压过大等状况出现时，提醒操作者出现意外情况。锂电池组为充电电源，在充电电源没有接入时，代替充电电源供电。电池充放电管理模块用于对锂电池组电量使用情况进行管理，且当锂电池组电量低于设定阈值时，提醒操作者接入充电电源。驱动电源管理模块用于依据经第一控制模块传送的上位机指令信息，打开各个电机组的驱动器电源开关，为各电机组提供供电；同时在紧急情况下可直接关闭开关，防止对GIS检修机器人造成损伤。电源转换模块用于对来自充电电源或锂电池组的电流进行调整，并为第一控制模块和芯片电源管理模块供电。芯片电源管理模块经IO线与第一控制模块连接，同时芯片电源管理模块还与第二控制模块、无线通讯模块和拓展模块连接，用于对电流进一步调整，为无线通讯模块、第二控制模块以及拓展模块等进行供电。

上述GIS检修机器人电控系统，还可以包括与上位机并行设置的移动监控平台，用于接收来自第一控制模块和第二控制模块传输的数据，对GIS检修机器人状态、GIS检修机器人连接状态、相机采集的视频以及GIS设备腔内环境的三维重建图像进行实时显示。

基于上述GIS检修机器人电控系统，GIS检修机器人内部电控布局如图5所示。主要由第二舵机和行进电机构成的行进驱动电机组布置于GIS检修机器人本体四个角部，第一控制模块设置于GIS检修机器人本体中部，第二控制模块与第一控制模块层叠设置，柔性臂驱动电机组、摄像头补光灯、相机组、两个第一舵机及其他外设装置沿GIS检修机器人本体四周布设；通讯模块和IMU模块设置于第一控制模块上。这样，能够高效利用GIS检修机器人本体内部有限空间。

上述GIS检修机器人电控系统的工作原理为：

(1)操作者通过上位机启动GIS检修机器人电控系统各部件；

(2)第一控制模块依据来自上位机的指令，然后依据当前行进电机和第二舵机状态，结合IMU模块测量得到的GIS检修机器人位姿信息，得到行进电机和第二舵机驱动器所需的控制信号，并将生成的控制信号发送给行进电机和第二舵机驱动器，由各驱动器控制相应电机或第二舵机动作，进而控制GIS检修机器人按照设定轨迹运行；第一控制模块还将通过各电机组相应传感器(例如编码器)采集的实时数据发送给上位机，并由上位机人机交互界面进行实时显示；同时第一控制模块将IMU模块测量得到的GIS检修机器人姿态信息发送给第二控制模块。

(3)当遇到障碍物时，第一控制模块依据来自上位机的指令，控制第一舵机运转，进而控制GIS检修机器人本体变形，越过障碍物。

(4)第二控制模块在ROS系统下，依据RGB-D相机采集的视频数据以及GIS检修机器人的姿态信息，采用常规视觉惯性算法(VINS-SLAM)处理，生成GIS腔体内三维图像，并发送给上位机，由人机交互界面显示；此外，第二控制模块还将依据双目视觉定位相机得到的异物定位信息发送给第一控制模块，第一控制模块依据异物定位信息，结合柔性臂当前位置信息，对柔性臂轨迹进行解算，得到各柔性臂驱动电机的控制信号(参见胡海燕等，线驱动连续型机器人的运动学分析与仿真，机械工程学报，Vol.46No.19 2010 1-8)，发送给各柔性臂驱动电机的驱动器，控制各柔性臂驱动电机运转，使柔性臂移动至异物位置处，以实现柔性臂对异物等的自动抓取操作。

本发明提供的GIS检修机器人电控系统是操控GIS腔体机器人的一种全新操作系统。该电控系统以第一控制模块和第二控制模块为主控核心的架构，并在这种架构上实现了多线程的并行运行，其通信更为流畅且电控操作更具智能性。该电控系统可实时改变GIS检修机器人速度、方向，实现机器人在GIS复杂腔体内的无障碍运动。该电控系统采用可靠的无线通信方式，其实际无线控制距离可达10米以上。

与现有技术对比本发明的重点是研制一种GIS检修机器人本体操作更为灵便，远程人机交互更加友好，通信更为流畅，可更好配合GIS检修人员进行检测维护的GIS检修机器人电控系统。本发明创造性地实现了以STM32F7与JetsonNX为主控核心的架构，并在这种架构上实现了多线程的并行运行，不仅提高了视频数据的实时性，也增强了算法搭载能力，能够同时实现异物检测及定位算法，使得整个电控系统性能更强。

本发明提供的GIS检修机器人电控系统优势主要表现在：

1)GIS检修机器人电控系统架构完整，实时性强，执行自动化检修作业能力突出，能够提高GIS腔体内检修维护的效率。

2)机器人软件更新等操作可通过电控系统直接远程进行，不必对机器人进行拆卸等操作，减少机器人在固件升级期间以及拆卸过程中出现问题的几率。

3)GIS检修机器人电控系统对各项操作及步骤有明确规定与提示，可确保操作人员能够对GIS腔体内部情况进行了解，能够有效减少误操作以及降低对GIS腔体的损害。

实施例2

本实施例提供了一种GIS检修机器人电控方法，使用实施例1提供的GIS检修机器人按照以下步骤进行：

步骤一，依据接收的指令，生成用于控制GIS检修机器人行进的行进驱动电机组、用于控制GIS检修机器人本体变形的变形驱动电机组和用于控制安装于机器人本体后端柔性臂弯曲的柔性臂驱动电机组的控制信号，并将生成的控制信号发送给各电机组，由各电机组控制GIS检修机器人动作。

本步骤可以由第一控制模块来实现。

本步骤中，还包括将通过各电机组相应传感器(例如编码器)采集的实时数据发送给上位机进行实时显示，也可以通过惯性导航模块(IMU模块)实时获取的GIS检修机器人的姿态信息。

步骤二，依据相机组件采集的视频数据在ROS系统下生成GIS腔体内三维图像，并与相机组件采集的视频信息一起发送给上位机。

本步骤可以由第二控制模块来实现。GIS腔体内三维图像生成方式为：依据RGB-D相机采集的视频数据以及GIS检修机器人的姿态信息，采用常规视觉惯性算法(VINS-SLAM)生成GIS腔体内三维图像(具体为三维点云)。之后将生成GIS腔体内三维图像与相机组件采集的视频信息一起发送给上位机显示。

实施例3

本实施例是在实施例2基础上对GIS检修机器人电控方法的进一步改进。

本实施例提供的GIS检修机器人电控方法，除了包括实施例2中的步骤一和步骤二外，还包括：

步骤三，依据异物位置信息，生成柔性臂驱动电机组的控制信号，通过柔性臂驱动电机组运转使柔性臂移动至异物位置处，以实现柔性臂对异物的自动抓取操作。

本步骤中，由双位视觉定位相机对GIS腔体内的异物进行定位得到异物定位信息。第二控制模块将GIS腔体内异物定位信息发送给第一控制模块。第一控制模块依据异物定位信息，控制柔性臂驱动电机组运转，使柔性臂移动至异物位置处，以实现柔性臂对异物等的自动抓取操作。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种GIS检修机器人电控系统，其特征在于，包括：上位机以及与上位机通信连接的第一控制模块和第二控制模块；

上位机，用于接收操作者的指令，并将相应指令发送给第一控制模块和第二控制模块；

第一控制模块，分别与用于控制GIS检修机器人行进的行进驱动电机组、用于控制GIS检修机器人本体变形的变形驱动电机组和用于控制安装于机器人本体后端柔性臂弯曲的柔性臂驱动电机组通信连接，用于依据来自上位机的指令，生成各电机组的控制信号，并将生成的控制信号发送给各电机组，由各电机组控制GIS检修机器人动作；

第二控制模块，与用于采集视频的相机组件通信连接，依据相机组件采集的视频数据在ROS系统下生成GIS腔体内三维图像，并与相机组件采集的视频信息一起发送给上位机。

2.根据权利要求1所述的GIS检修机器人电控系统，其特征在于，所述第一控制模块还将通过各电机组相应传感器采集的实时数据发送给上位机进行实时显示。

3.根据权利要求1或2所述的GIS检修机器人电控系统，其特征在于，所述第一控制模块还与惯性导航模块通信连接，用于实时获取GIS检修机器人的姿态信息，进一步将获取的GIS检修机器人的姿态信息发送给第二控制模块和上位机。

4.根据权利要求3所述的GIS检修机器人电控系统，其特征在于，相机组包括设置于GIS检修机器人前端的RGB-D相机，设置于GIS检修机器人后端的双目视觉定位相机以及设置于柔性臂末端的视频检查相机或视觉惯性模组。

5.根据权利要求4所述的GIS检修机器人电控系统，其特征在于，所述第二控制模块将双目视觉定位相机得到的异物定位信息发送给第一控制模块，第一控制模块依据异物位置信息，控制柔性臂驱动电机组运转，使柔性臂移动至异物位置处，以实现柔性臂对异物的自动抓取操作。

6.根据权利要求1所述的GIS检修机器人电控系统，其特征在于，所述第一控制模块和第二控制模块通过通讯模块与上位机通讯连接。

7.根据权利要求1所述的GIS检修机器人电控系统，其特征在于，还包括电源装置，所述电源装置用于为第一控制模块、第二控制模块、各电机组供电。

8.根据权利要求1所述的GIS检修机器人电控系统，其特征在于，所述上位机设置有人机交互界面，其包括GIS检修机器人状态信息显示栏，视频检测显示界面和GIS腔体内部三维重建显示界面。

9.根据权利要求1所述的GIS检修机器人电控系统，其特征在于，还包括与上位机并行设置的移动监控平台，用于接收来自第一控制模块和第二控制模块传输的数据，对GIS检修机器人状态、相机组采集的视频以及GIS设备腔内环境的三维重建图像进行实时显示。

10.一种GIS检修机器人电控方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，依据接收的指令，生成用于控制GIS检修机器人行进的行进驱动电机组、用于控制GIS检修机器人本体变形的变形驱动电机组和用于控制安装于机器人本体后端柔性臂弯曲的柔性臂驱动电机组的控制信号，并将生成的控制信号发送给各电机组，由各电机组控制GIS检修机器人动作；

步骤二，依据相机组件采集的视频数据在ROS系统下生成GIS腔体内三维图像，并与相机组件采集的视频信息一起发送给上位机。

11.根据权利要求10所述的GIS检修机器人电控方法，其特征在于，步骤二中，还依据相机组件采集的视频数据获取异物位置信息。

12.根据权利要求11所述的GIS检修机器人电控方法，其特征在于，还包括步骤三，依据异物位置信息，生成柔性臂驱动电机组的控制信号，通过柔性臂驱动电机组运转使柔性臂移动至异物位置处，以实现柔性臂对异物的自动抓取操作。

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