CN114536325B - 一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法。为了克服现有技术配网设置的绝缘伞与机器人作业时容易干涉的问题；本发明S1：绝缘斗臂车将操作机器人运输到指定位置，计算规划斗臂轨迹与操作机器人轨迹；操作机器人与绝缘伞组件设置在绝缘斗臂车的绝缘斗中；S2：通过检测环境温度与湿度，预设的阈值比较，判断环境状况，判断是否需要展开绝缘伞组件；S3：根据操作机器人轨迹，控制绝缘伞组件展开并跟随操作机器人；S4：任务执行完毕，绝缘斗臂车回归后收伞。方便计算操作机器人的轨迹；避免与操作机器人轨迹的干涉，且能够充分隔绝雨水与阳光，避免高温与雨水对操作机器人绝缘性的影响，充分保障安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种配网机器人控制领域，尤其涉及一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法。
背景技术
带电作业是指在不断电的情况下，对高压输电线缆及其附属设备开展测试、检修等作业，是一种避免在检修时停电从而保证正常供电的有效作业方法。目前，国内的逐渐采用带电作业机器人执行配网的单回路搭接、垂直场景搭接和断引线等功能操作，然而，对于白天和晴天的技术应用成熟，但对于配电网带电作业机器人高温、雨天和夜间作业的研究较少。
目前，也有在配网上进行设置绝缘伞，来为雨天安全作业进行保障的，例如，一种在中国专利文献上公开的“一种配网带电作业专用绝缘伞及使用方法”，其公告号CN104886891A，包括固定架、伞骨、伞架、伞面，固定架上通过伞骨支撑伞架，伞架上设有伞面，其中固定架由底座、固定插件组成，固定插件插接在底座上，伞骨由下杆、连接件、中杆、下盘、转向器、上杆、跳簧组成，伞架由串盘丝、短骨、珠尾、长骨、夹马、铆钉组成，伞面由撑面、伞帽、上盘、帽花组成，上杆的顶部设有上盘，上盘的外部设有帽花，上盘的顶部设有伞帽，长骨上固定撑面。
但是该方案的绝缘伞容易影响带电作业机器人的操作，容易互相产生干涉。
发明内容
本发明主要解决现有技术配网设置的绝缘伞与机器人作业时容易干涉的问题；提供一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法，其特征在于，包括：
S1：绝缘斗臂车将操作机器人运输到指定位置，计算规划斗臂轨迹与操作机器人轨迹；操作机器人与绝缘伞组件设置在绝缘斗臂车的绝缘斗中；
S2：通过检测环境温度与湿度，预设的阈值比较，判断环境状况，判断是否需要展开绝缘伞组件；
S3：根据操作机器人轨迹，控制绝缘伞组件展开并跟随操作机器人；
S4：任务执行完毕，绝缘斗臂车回归后收伞。
将绝缘伞组件与操作机器人设置在同一处(绝缘斗中)，绝缘伞组件与操作机器人位置固定，方便计算操作机器人的轨迹；绝缘伞组件根据操作机器人轨迹展开与跟随，避免与操作机器人轨迹的干涉，且能够充分隔绝雨水与阳光，避免高温与雨水对操作机器人绝缘性的影响，充分保障安全。
作为优选，所述的绝缘伞组件包括：
中心杆，竖直设置在操作机器人的一侧；
绝缘伞，包括扇形伞面和用于展开、收纳扇形伞面的支撑件；绝缘伞设置在中心杆的顶端；转轴，设置在中心杆底部，使中心杆绕中心轴旋转。
绝缘伞组件设置在操作机器人一侧，与操作机器人保持固定距离，方便操作机器人的轨迹计算。一般状态下，绝缘伞保持收纳，当判断需要展开时展开，减少占用的空间。
作为优选，所述的操作机器人轨迹计算过程：
预先对操作环境扫描建模，包括绝缘伞组件收纳时的操作环境与绝缘伞组件展开时的操作环境；
确定操作位置后，进行逆运动求解，依次计算操作机器人各轴的运动轨迹；
遍历所有运动轨迹，判断是否操作机器人末端位于操作位置范围；若是，则进入下一步，否则剔除该运动轨迹；
判断该运动轨迹是否与绝缘伞组件收纳时的操作环境发生干涉，若是，则剔除该运动轨迹，否则进入下一步；
判断该运动轨迹是否与绝缘伞组件展开时的操作环境发生干涉，若是，则记录该操作轨迹为第一类轨迹；若否，则计入该操作轨迹为第二类轨迹。
计算操作机器人轨迹，对计算结果进行分类，适用于不同操作环境下选用。
作为优选，所述的绝缘伞组件还包括第二伞面；第二伞面设置在中心杆远离操作机器人的一侧。展开遮挡操作机器人背部的阳光或雨水。
作为优选，所述步骤S2的具体判断过程：
当检测到操作机器人表面温度大于温度阈值时，判断环境高温，进入步骤S3；否则继续检测；
当检测到环境湿度大于湿度阈值时，判断天气为雨天，进入步骤S3；否则继续检测。
通过温湿度检测判断环境来决定开伞的时机，在不必要是保持绝缘伞组件的收纳，给予操作机器人更大的操作空间。
作为优选，所述的绝缘伞组件展开控制过程为：
控制绝缘伞在中心杆远离操作机器人的一侧展开；
转轴控制中心杆带动绝缘伞旋转，直至操作机器人处于绝缘伞的正下方。
展开过程中避免与操作机器人发生干涉。
作为优选，所述的绝缘伞组件的伞面上还设置有光压检测装置；光压检测装置均匀分布在绝缘伞组件的伞面上。通过光压检测装置的检测数据对比能够判断太阳的方位，从而对伞面进行微调，极大程度保证遮阳效果，减少太阳直射。
作为优选，跟随操作机器人的调整过程为：
判断操作机器人是否在绝缘伞组件的遮蔽范围内；若是，则根据步骤S2中的环境状况判断结果进入下一步判断，否则旋转绝缘伞组件，直至操作机器人在绝缘伞组件的遮蔽范围内；
若步骤S2中环境状况判断结果为高温，则获取各光压检测装置的检测数据；根据检测到的光压分布，判断太阳与操作机器人的相对位置，并在保持操作机器人处于绝缘伞组件遮蔽范围内的前提下，将绝缘伞组件向正对太阳方向旋转；
若步骤S2中环境状况判断结果为雨天，则根据相机反馈的雨水方向，在保持操作机器人处于绝缘伞组件遮蔽范围内的前提下，将绝缘伞组件向正对雨水方向旋转。
在保证绝缘伞组件能够遮蔽到操作机器人的前提下，最大程度保证对雨水和阳光的隔绝。
作为优选，所述的绝缘伞组件还包括光伏板，光伏板拼接设置在绝缘伞的伞面。通过光伏板在高温天气吸收光伏，为绝缘伞组件或操作机器人的用电元件发电。
作为优选，所述的绝缘伞组件还包括照明灯，所述照明灯沿绝缘伞组件的伞面边缘均匀设置。通过照明灯，为操作机器人在黑夜环境下提供光源，边缘远程操作机器人的夜间操作。
本发明的有益效果是：
1.将绝缘伞组件与操作机器人设置在同一处，绝缘伞组件与操作机器人位置固定，方便计算操作机器人的轨迹。
2.绝缘伞组件根据操作机器人轨迹展开与跟随，避免与操作机器人轨迹的干涉，且能够充分隔绝雨水与阳光，避免高温与雨水对操作机器人绝缘性的影响，充分保障安全。
3.一般状态下，绝缘伞保持收纳，当判断需要展开时展开，减少占用的空间。
4.跟随操作机器人和环境旋转，在保证绝缘伞组件能够遮蔽到操作机器人的前提下，最大程度保证对雨水和阳光的隔绝。
附图说明
图1是本发明的作业控制方法流程图。
图2是本发明的操作机器人及绝缘伞组件侧视图。
图3是本发明实施例二的绝缘伞伞面的俯视图。
图中，1.绝缘斗，2.操作机器人，3.中心杆，4.扇形伞面，5.支撑件，6.第二伞面，7.光压检测装置。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一：
本实施例的一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：绝缘斗臂车将操作机器人运输到指定位置，计算规划斗臂轨迹与操作机器人轨迹。
操作机器人2与绝缘伞组件设置在绝缘斗臂车的绝缘斗1中。在本实施例中，操作机器人为六轴机械臂。
操作机器人轨迹计算过程：
预先对操作环境扫描建模，包括绝缘伞组件收纳时的操作环境与绝缘伞组件展开时的操作环境。
确定操作位置后，进行逆运动求解，依次计算操作机器人各轴的运动轨迹。
在本实施例中，利用运动学和动力学库KDL(Kinematics and Dynamics Library)中的算子对上述轨迹计算问题建模，并进行逆运动求解。
设定时间长度t内驱动末端位置移动D；n轴的对象表示为：
D＝(D1，D2，...，Dn)
根据对象实际作业工况，以及n轴对象各自的运动学状态，建立每一轴对象的运动速度方程：
其中，分别表示第i轴对象绕x轴、y轴和z轴的角速度；
分别表示第i轴对象在x轴、y轴和z轴方向上的线速度；
Si表示第i轴对象的变化状态。
在Δt时间内第i轴对象的移动距离ΔDi表示为：
ΔDi＝ΔSi·Δt
根据Si求导获得对象的加速度为：
综上，Δt时间内ai的变化量表示为：
在实际的应用过程当中，不仅电机本身会提供驱动力让斗臂达到最终的目标位置，而且电机驱动力的大小与速度严格正相关。另外，不同轴之间的连接点也会产生各不相同的摩擦力，而这个摩擦力的产生则是与时间、驱动斗臂移动的角度有关，即
其中，和/>分别为表示第i轴斗臂在x轴、y轴和z轴方向上受到的力；
和/>分别表示第i轴斗臂在x轴、y轴和z轴方向上受到的t时刻力的大小，包含上一时刻力的大小以及固定摩擦力；
和/>分别表示第i轴斗臂在x轴、y轴和z轴方向上的固定摩擦系数。
根据牛顿动力学公式，质量为Mi的第i轴斗臂可以被重新写为：
Mi·Si＝Fi·t
基于上述讨论，同时针对速度变化率求导可以得到加速度。最终可以得到：
经过积分后就可以获得单位时间内需要n轴斗臂的移动距离Di。
遍历所有运动轨迹，判断是否操作机器人末端位于操作位置范围；若是，则进入下一步，否则剔除该运动轨迹。
判断该运动轨迹是否与绝缘伞组件收纳时的操作环境发生干涉，若是，则剔除该运动轨迹，否则进入下一步。
判断该运动轨迹是否与绝缘伞组件展开时的操作环境发生干涉，若是，则记录该操作轨迹为第一类轨迹；若否，则计入该操作轨迹为第二类轨迹。
计算操作机器人轨迹，对计算结果进行分类，适用于不同操作环境下选用，在正常情况下选用第一类轨迹，充分保证操作机器人的操作空间；在绝缘伞组件展开的情况下选用第二类轨迹，减少高温、雨天环境带来的影响。
如图2所示，绝缘伞组件包括中心杆3、转轴和绝缘伞。绝缘伞包括扇形伞面4和用于展开、收纳扇形伞面的支撑件5，类似于雨伞。
中心杆3竖直设置在操作机器人2的一侧。绝缘伞设置在中心杆3的顶端，支撑件5一端与伞面连接铰接，另一端在中心杆3上滑动连接。转轴设置在中心杆底部，使中心杆3绕中心轴旋转。
绝缘伞组件设置在操作机器人2一侧，与操作机器人2保持固定距离，方便操作机器人2的轨迹计算。
一般状态下，绝缘伞保持收纳，当判断需要展开时展开，减少占用的空间。
S2：通过检测环境温度与湿度，预设的阈值比较，判断环境状况，判断是否需要展开绝缘伞组件。
当检测到操作机器人表面温度大于温度阈值时，判断环境高温，进入步骤S3；否则继续检测。
当检测到环境湿度大于湿度阈值时，判断天气为雨天，进入步骤S3；否则继续检测。
通过温湿度检测判断环境来决定开伞的时机，在不必要是保持绝缘伞组件的收纳，给予操作机器人更大的操作空间。
S3：根据操作机器人轨迹，控制绝缘伞组件展开并跟随操作机器人。
绝缘伞组件展开控制过程为：
控制绝缘伞在中心杆1远离操作机器人2的一侧展开；
转轴控制中心杆3带动绝缘伞旋转，直至操作机器人2处于绝缘伞的正下方。
跟随操作机器人的调整过程为：
判断操作机器人2是否在绝缘伞组件的遮蔽范围内；若是，则结束，否则旋转绝缘伞组件，直至操作机器人在绝缘伞组件的遮蔽范围内。
S4：任务执行完毕，绝缘斗臂车回归后收伞。
本实施例的方案将绝缘伞组件与操作机器人设置在同一处(绝缘斗中)，绝缘伞组件与操作机器人位置固定，方便计算操作机器人的轨迹；绝缘伞组件根据操作机器人轨迹展开与跟随，避免与操作机器人轨迹的干涉，且能够充分隔绝雨水与阳光，避免高温与雨水对操作机器人绝缘性的影响，充分保障安全。
实施例二：
本实施例对绝缘伞组件和跟随操作机器人的调整过程进行优化。
如图3所示，在本实施例中，绝缘伞组件的扇形伞面4上还设置有光压检测装置7；光压检测装置7均匀分布在绝缘伞组件的扇形伞面4上。通过光压检测装置7的检测数据对比能够判断太阳的方位，从而对伞面进行微调，极大程度保证遮阳效果，减少太阳直射。
跟随操作机器人的调整过程为：
判断操作机器人是否在绝缘伞组件的遮蔽范围内；若是，则根据步骤S2中的环境状况判断结果进入下一步判断，否则旋转绝缘伞组件，直至操作机器人在绝缘伞组件的遮蔽范围内。
若步骤S2中环境状况判断结果为高温，则获取各光压检测装置的检测数据；根据检测到的光压分布，判断太阳与操作机器人的相对位置，并在保持操作机器人处于绝缘伞组件遮蔽范围内的前提下，将绝缘伞组件向正对太阳方向旋转。
若步骤S2中环境状况判断结果为雨天，则根据相机反馈的雨水方向，在保持操作机器人处于绝缘伞组件遮蔽范围内的前提下，将绝缘伞组件向正对雨水方向旋转。
在保证绝缘伞组件能够遮蔽到操作机器人的前提下，最大程度保证对雨水和阳光的隔绝。
本实施例仅对绝缘伞组件和跟随操作机器人的调整过程进行优化，其他内容同实施例一。
实施例三：
本实施例对绝缘伞组件进行优化。绝缘伞组件还包括第二伞面；第二伞面设置在中心杆远离操作机器人的一侧。展开遮挡操作机器人背部的阳光或雨水。
当跟随操作机器人的调整过程中判断阳光直射的角度或者雨水的方向处于操作机器人背面时，展开第二伞面，遮挡操作机器人背部的阳光或雨水。
本实施例的其他内容同实施例二。
实施例四：
本实施例对绝缘伞组件进行优化。绝缘伞组件还包括光伏板，光伏板拼接设置在绝缘伞的伞面。通过光伏板在高温天气吸收光伏，为绝缘伞组件或操作机器人的用电元件发电。
绝缘伞组件还包括照明灯，所述照明灯沿绝缘伞组件的伞面边缘均匀设置。
通过照明灯，为操作机器人在黑夜环境下提供光源，边缘远程操作机器人的夜间操作。
本实施例的其他内容同实施例一。
应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法，其特征在于，包括：
S1：绝缘斗臂车将操作机器人运输到指定位置，计算规划斗臂轨迹与操作机器人轨迹；操作机器人与绝缘伞组件设置在绝缘斗臂车的绝缘斗中；
S2：通过检测环境温度与湿度，与预设的阈值比较，判断环境状况，判断是否需要展开绝缘伞组件；
S3：根据操作机器人轨迹，控制绝缘伞组件展开并跟随操作机器人；
S4：任务执行完毕，绝缘斗臂车回归后收伞；
所述的操作机器人轨迹计算过程：
预先对操作环境扫描建模，包括绝缘伞组件收纳时的操作环境与绝缘伞组件展开时的操作环境；
确定操作位置后，进行逆运动求解，依次计算操作机器人各轴的运动轨迹；
遍历所有运动轨迹，判断操作机器人末端是否位于操作位置范围；若是，则进入下一步，否则剔除该运动轨迹；
判断该运动轨迹是否与绝缘伞组件收纳时的操作环境发生干涉，若是，则剔除该运动轨迹，否则进入下一步；
判断该运动轨迹是否与绝缘伞组件展开时的操作环境发生干涉，若是，则记录该运动轨迹为第一类轨迹；若否，则计入该运动轨迹为第二类轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法，其特征在于，所述的绝缘伞组件包括：
中心杆，竖直设置在操作机器人的一侧；
绝缘伞，包括扇形伞面和用于展开、收纳扇形伞面的支撑件；绝缘伞设置在中心杆的顶端；
转轴，设置在中心杆底部，使中心杆绕中心轴旋转。
3.根据权利要求2所述的一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法，其特征在于，所述的绝缘伞组件还包括第二伞面；第二伞面设置在中心杆远离操作机器人的一侧。
4.根据权利要求1所述的一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法，其特征在于，所述步骤S2的具体判断过程：
当检测到操作机器人表面温度大于温度阈值时，判断环境为高温，进入步骤S3；否则继续检测；
当检测到环境湿度大于湿度阈值时，判断天气为雨天，进入步骤S3；否则继续检测。
5.根据权利要求2或3所述的一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法，其特征在于，所述的绝缘伞组件展开控制过程为：
控制绝缘伞在远离操作机器人的一侧展开；
转轴控制中心杆带动绝缘伞旋转，直至操作机器人处于绝缘伞的正下方。
6.根据权利要求5所述的一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法，其特征在于，所述的绝缘伞组件的伞面上还设置有光压检测装置；光压检测装置均匀分布在绝缘伞组件的伞面上。
7.根据权利要求6所述的一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法，其特征在于，跟随操作机器人的调整过程为：
判断操作机器人是否在绝缘伞组件的遮蔽范围内；若是，则根据步骤S2中的环境状况判断结果进入下一步判断，否则旋转绝缘伞组件，直至操作机器人在绝缘伞组件的遮蔽范围内；
若步骤S2中环境状况判断结果为高温，则获取各光压检测装置的检测数据；根据检测到的光压分布，判断太阳与操作机器人的相对位置，并在保持操作机器人处于绝缘伞组件遮蔽范围内的前提下，将绝缘伞组件向正对太阳方向旋转；
若步骤S2中环境状况判断结果为雨天，则根据相机反馈的雨水方向，在保持操作机器人处于绝缘伞组件遮蔽范围内的前提下，将绝缘伞组件向正对雨水方向旋转。
8.根据权利要求2所述的一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法，其特征在于，所述的绝缘伞组件还包括光伏板，光伏板拼接设置在绝缘伞的伞面。
9.根据权利要求2或8所述的一种配网操作机器人的高温高湿环境作业控制方法，其特征在于，所述的绝缘伞组件还包括照明灯，所述照明灯沿绝缘伞组件的伞面边缘均匀设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Shen Keju Inventor after: Ying Yongling Inventor after: Huang Bing Inventor after: Hu Yuhang Inventor after: Yu Jinwei Inventor after: Zheng Yu Inventor before: Shen Keju Inventor before: Ying Yongling Inventor before: Huang Bing Inventor before: Hu Yuhang Inventor before: Yu Jinwei Inventor before: Zheng Yu Inventor before: Lin Huan Inventor before: Bian Jiang Inventor before: Li Li |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240807 Address after: 315300 No.999, North Third Ring West Road, Zonghan street, Cixi City, Ningbo City, Zhejiang Province Patentee after: CIXI POWER TRANSMISSION AND TRANSFORMATION ENGINEERING CO.,LTD. Country or region after: China Address before: 315300 No.999, North Third Ring West Road, Zonghan street, Cixi City, Ningbo City, Zhejiang Province Patentee before: CIXI POWER TRANSMISSION AND TRANSFORMATION ENGINEERING CO.,LTD. Country or region before: China Patentee before: YIJIAHE TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |