CN116086896B - 一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置及方法。所述取油装置包括外壳体、油路三通电磁阀和取油控制装置，在外壳体上设有人工取油口、机器人取油口和与变压器取油口相匹配的总取油口，三个取油口分别通过分支油管与油路三通电磁阀的三个接口连通；所述取油控制装置包括控制器、伺服电机和设置在总取油口处的取油阀门，在取油阀门上设有手动锁。人工取油时，通过手动锁控制总取油口开启，油路三通电磁阀连通人工取油口；自动取油时，通过伺服电机制总取油口开启，油路三通电磁阀连通机器人取油口。本发明实现了人工取油与机器人自动取油模式切换，将不标准的变压器取油口标准化、实现机器人快速取油。

Description

一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置及方法

技术领域

本发明属于，具体是一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置及方法，用于解决由于变电站变压器厂商各异，现有变压器油口尺寸、阀门、油口高度不统一、不规范的问题，取油机器人难以识别并对接取油口进行取油的问题。

背景技术

随着社会经济的快速发展，人民生产生活中对电力持续稳定供应的要求越来越高，且电量需求越来越大，从而对变压器产品安全性要求也在不断提高，为了提高取油的安全性，研究出各种取油机器人代替人工进行取油工作。

现有的取油机器人种类繁多，比如公开号：CN112109092A公开了一种变压器运维取油机器人，该取油机器人包括：移动式底盘，用于在作业环境下自主运动；回转台，其设置在所述移动式底盘上且可沿移动式底盘的顶壁所在水平面旋转；机械臂，其可转动地设置在所述回转台上；旋拧机构，其可转动地设置在所述机械臂的输出端，所述旋拧机构用以旋拧变压器的取油阀以打开取油阀；取油机构，其设置在所述旋拧机构且与所述旋拧机构相连通；图像识别模块，用以获取并分析变压器的取油阀的位置；控制模块，其与所述移动式底盘、所述图像识别模块、所述回转台、所述机械臂、所述旋拧机构电连接。公开号：CN114102621A的发明提供了一种变压器取油机器人取油方法，首先，通过控制部进行对管路停起的控制；然后，取油机器人通过履带行走部到达取样位置；其次，通过手动控制总阀门实现物理开关与应急开关，通过快速接头实现快速连接。专利号CN202011462371 .3的发明提供了一种变压器油样采集机器人，包括行走机构、取油装置、导航装置、导向机构、通信装置和控制装置；其中，控制装置与导航装置电连接，用以控制所述导航装置指引所述行走机构沿预设路径行进至变压器的取油位置处，实现所述行走机构与所述取油位置之间的粗定位；导向机构与所述控制装置电连接，用以使所述取油装置对准所述变压器的取油位置，实现取油装置精准取油。通过导航装置，指引行走机构以预设路径行走至变压器的取油位置处，实现对行走机构与所述取油位置的粗定位，进一步通过导向机构，使取油装置精细对准变压器的取油位置，通过取油装置的精准取油，代替人工取油。

上述现有的取油机器人虽然都可以代替人工取油提高整体效率且完全自动化和智能化，避免了人工施工的不安全性，但是其取油装置均位于机器人本体上，通过进行定制化设计，完成拧阀、取油口视觉识别和取油装置对接的过程。然而，由于电网变压器厂商各异，当前变压器油口尺寸、阀门、油口高度不统一的问题，现有取油装置未同时考虑现场变压器取油口的大小、高度、密封性等因素，未考虑对机器人视觉进行精确引导和识别，也未考虑人工取油的便捷性，导致现有的取油机器人难以进行取油口高精度对接，实现自动、密封取油作业，因而实用性很差，取油成功率和效率很低。

发明内容

为了解决现有取油机器人因现场变压器取油口大小、高度等因素不同而导致对接困难，无法实现自动、密封取油作业的问题，本发明提供了一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置及方法，该装置通过将各类接口进行统一，同时考虑机器人识别的有效性、装置安装的便捷性、机器人和人工取油的可行性，大大提高取油机器人识别取油口并进行取油的效率和安全性，既可用于机器人自动识别和自动取油，又可用于人工运维的取油工作，从而可极大提升智能化应用水平，减少作业人员投入，保障作业安全。

为了达到上述技术目的，本发明提供了一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置，所述取油装置包括外壳体、设置在外壳体内的油路三通电磁阀和取油控制装置，在外壳体上设有人工取油口、机器人取油口和定制化的总取油口，所述总取油口与变压器取油口相匹配，并能密封安装到变压器取油口处，所述人工取油口、机器人取油口和总取油口分别通过分支油管与油路三通电磁阀的三个接口连通。所述取油控制装置包括控制器、伺服电机和设置在总取油口处的取油阀门所述伺服电机的输出端安装有第一齿轮，取油阀门上安装有与第一齿轮相互啮合的第二齿轮，并在伺服电机工作时，通过第一齿轮和第二齿轮带动取油阀门开启或关闭；所述取油阀门上还设有手动锁，并可通过手动锁控制取油阀门的开启或关闭；所述控制器通过信号线与伺服电机和油路三通电磁阀的控制端连接。

本发明较优的技术方案：在外壳上还设有控制器供电口和定位二维码；所述控制器供电口用于提供12v、24v、48v直流电源，为控制器供电，控制油路三通电磁阀切换，并控制伺服电机开启取油阀门；所述定位二维码包含二维码地址、二维码尺寸和二维码格式，通过取油机器人取油时，取油机器人调用视觉识别算法，通过定位二维码直接读取出取油机器人相机坐标系下二维码的空间位姿信息、标准化取油装置的编号、设备无线连接密码、供电口位置、取油口位置，从而实现取油设备的高精度识别和取油口的辅助定位。

本发明较优的技术方案：所述油路三通电磁阀在未接通电源时，总取油口与人工取油口连通，所述人工取油口设有控制阀；在油路三通电磁阀接通电源时，总取油口与机器人取油口连通，所述机器人取油口为圆弧结构。

本发明较优的技术方案：所述控制器具备微处理器芯片、电机控制芯片以及通讯模块芯片，所述通讯模块包括蓝牙、WIFI和Zigbee通讯模块，所述控制器用于接收取油机器人的无线通讯指令，进而切换油路三通电磁阀、控制伺服电机运动，完成打开或关闭总取油口的功能；所述伺服电机接收到控制器发给电机驱动器的指令后，实现固定角度的旋转，从而完成总取油口的打开或关闭功能。

本发明较优的技术方案：所述取油阀门为圆筒状结构，其封堵端置于出油管的出口端，第二齿轮固定在取油阀门的控制臂外部，并在第二齿轮转动时，带动取油阀门转动开启或关闭；所述手动锁为内六角结构，开设在取油阀门的控制臂上，其端口伸出外壳体，并在人工取油时通过外六角螺丝刀嵌入手动锁内，控制取油阀门转动开启和关闭。

本发明较优的技术方案：在取油阀门临近总取油口的端部设有油管插入口，连接油路三通电磁阀与总取油口的分支油管通过油管插入口伸入总取油口内，并与总取油口连通。

本发明较优的技术方案：所述第一齿轮和第二齿轮为不锈钢或铝合金材质，用于将伺服电机的扭矩放大，实现总取油口的打开或关闭功能。

本发明较优的技术方案：所述手动锁的控制端口、机器人取油口、控制器供电口和定位二维码设置在外壳体的同一个面上，所述定位二维码为方形二维码，所述总取油口设置在与机器人取油口相对的面上，所述人工取油口设置在与机器人取油口相邻的侧边上。

为了达到上述技术目的，本发明提供了一种适用于变压器取油机器人的标准化取油方法，所述取油方法使用上述取油装置进行取油，包括人工取油模式和机器人自动取油模式，其中，所述人工取油模式进行取油时，通过手动锁开启取油装置的总取油口，然后打开人工取油口，变压器油便流向人工取油口，实现人工取油；

所述机器人自动取油模式进行取油时，具体步骤如下：

步骤一：取油机器人移动到机器人取油口，通过二维码识别算法进行取油装置空间位置和设备密码的信息获取进行三维定位；

步骤二：根据步骤一中三维定位结果，调整取油嘴位姿，实现与取油装置的机器人取油口对接，同时将取油机器人自带的直流电源通过电极与取油装置供电口的有效对接；

步骤三：通过通讯模块实现和取油装置的通讯连接，并发送指令实现油路三通电磁阀的切换至机器人取油分油管，控制伺服电机旋转，打开取油装置的总取油口和机器人取油口，从而引导变压器油从机器人取油口输出；

步骤四：当取油量满足要求后，取油机器人便发送指令，控制驱动电机反转，并切换油路三通电磁阀，从而关闭总取油口，油路三通电磁阀切换到人工分油路，结束任务。

本发明进一步的技术方案：所述步骤一中通过二维码识别算法计算出二维码三维坐标、二维码ID和无线通讯密码三种信息进行三维定位，其具体过程如下：

a.相机标定板图像采集及内参标定；通过取油机器人末端的相机提前采集棋盘格或圆盘标定板15-20张图像，使用张正友标定法或Matlab标定工具箱进行相机标定，获取镜头焦距、镜头畸变参数、像元尺寸和相机光心坐标；

b.现场图像采集及灰度化；取油机器人进行实际作业时，实时采集现场固定尺寸的二维码图像并进行灰度化处理；

c.图像自适应阈值化；使用OTSU大津算法进行图像自适应阈值处理，完成图像二值化；

d.轮廓提取及过滤；基于Canny或Sobel边缘检测算法对二值化的图像进行轮廓提取，取得二维码突出的边缘特征，并根据轮廓像素长度和邻域轮廓大小进行过滤，选出规则有效的方格轮廓；

e.二维码整体边缘提取；根据提取到的局部方格，进行组合，使用直线插值形成完整的二维码轮廓，并对其进行边缘提取，形成二维码闭合区域；

f.透视变换进行图像校正；使用透视变换算法对图像中倾斜的二维码进行矫正，形成正方形二维码；

g.黑白位提取及网格划分；对校正后的二维码图像进行二值化，根据黑白块面积大小进行网格划分，形成N行*N列的黑/白块；

h.二维码识别及二维码ID计算；将N行*N列中所有小黑块标记为0，所有小白块标记为1，组成N*N个二进制数，进行十进制转化，形成二维码固定ID，并和主控器的无线通讯密码进行唯一映射；

i.原始边框位置精确化；将透视变换后的图像进行逆变换，还原得到定位二维码黑白块及精确的边缘和角点，并使用图像进行二维码边缘标记；

j.基于相机内参和PTP法的二维码姿态解算；根据原始图像中二维码图像坐标、相机内参、二维码边长，基于PTP法进行相机坐标系下，二维码中心三维坐标的计算。

本发明中的取油装置采用密封口、伺服电机系统、三通结构，进行模块化封装，可将不同厂商生产、不同大小、不同高度、不同打开方式的变压器取油口转化为具备视觉引导、人工和机器人取油两种模式，标准化、实用化水平较高，可有效提高取油机器人的取油效率、成功率和安全性；本发明降低了机器人完成取油工作的难度和降低成本。

本发明中的取油机器人为现有的取油机器人，指具备自主或遥控移动、视觉导航、机械臂操作等功能，可在变电站进行变压器油自动提取的一种特种机器人。

本申请中的变压器死油指的是变压器与取油装置间存在一段距离的管路，由于该管路内的变压器油处于静止不循环状态，无法反应变压器本体运行状态，因此叫死油。

本发明的取油装置具备一体化调节阀，完成机器人取油口和人工取油口的有效切换，从而分别实现人工取油和机器人自动取油两种模式。对于人工取油，为满足现场作业需求，方便人员旋开取油口，直接接取变压器油。对于机器人，则设计有同时设计了导通器，方便机器人驱动通用标准密封取油装置自动打开取油口，进而引导机器人完成取油作业。

本发明的有益效果：

（1）本发明中的取油装置同时适用于机器人和人工两种取油方式，该取油装置还包含专属机器人识别二维码，取油机器人通过视觉算法识别，可读取变压器空间位置，变压器取油口位置、一体化装置通讯密码，设备号、供电口位置等信息，进而引导机器人进行取油口高精度对接。

（2）本发明中的取油装置设有油路三通电磁阀，具备两种模式，通过快换油路三通电磁阀，默认为人工取油通路；当机器人取油时，需机器人向装置供电并发送电机指令，便可将人工取油路切换到机器人取油路，实现机器人取油，保证该装置不被操作。

（3）本发明中的取油装置设置有定制化进油口和标准化出油，通过将各类不同大小、不同高度、不同内径的变压器取油口转化为相同尺寸、相同高度的快接取油口，从而实现机器人高效、安全、密封取油作业。

（4）本发明设置有驱动器和电机系统，可通过二维码进行设备编号、取油口位置、供电口位置读取，可实现总取油口的自动打开和关闭，并实现模式切换功能。

（5）本发明考虑到取油任务周期长的特点，结构特征上设置有机器人供电口，装置电源由机械臂现场提供电源，仅在机器人作业时才进行供电，即不需要进行现场改造提供现场电源，又不需长时间待机，从而可保证一体化取油装置多年稳定运行，提高设备本体寿命，具备高稳定性和性价比。

本发明中的取油装置包含总取油口、等部分，各部分相互配合，完成作业流程，形成人工、机器人复用的通用取油装置；在取油方法上，本发明兼具人工取油和机器人取油两种模式，其中人工取油高效快速，密封性强；机器人取油，用二维码定位方式，具备高精度视觉引导定位的特点，采用标准化圆弧快接取油口，可高效实现机器人快速对接取油，并保证其密封性，具备精确、高效、便利性、密封性、安全性的特点。

本发明综合考虑人工取油/机器人自动取油模式切换、具备机器人视觉引导功能、可保证取油过程密封性、可将不标准的变压器取油口标准化、可实现机器人快速取油等多个功能特点、具备很短的死油区，本发明设计了如下图所示的标准化密封取油装置。

附图说明

图1是本发明中取油装置的结构示意图；

图2和图3是本发明中取油装置不同方向的外部结构示意图；

图4、图5是本发明中取油装置内部结构示意图；

图6是本发明中三通电磁的分支油管分布示意图；

图7是本发明中取油阀门的结构示意图；

图8是本发明中油路三通电磁阀与不同取油口的连接示意图；

图9是本发明中取油装置的使用状态图；

图10是本发明中取油方法流程框图；

图11是本发明中二维码识别流程框图；

图12是本发明实施例中小孔成像模型图。

图中：1—外壳体，2—油路三通电磁阀，3—人工取油口，300—控制阀，4—机器人取油口，5—总取油口，6—控制器，7—伺服电机，8—变压器取油口，9—取油阀门，900—封堵端，10—分支油管，11—第一齿轮，12—第二齿轮，13—手动锁， 14—油管插入口，15—二维码，16—控制器供电口，17—取油机器人，18—机器人取油嘴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。附图1至图12均为实施例的附图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本发明实施例的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本发明的实施例的具体方案，并非旨在限制要求保护的本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一提供了一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置，如图1至图9所示，所述取油装置包括外壳体1、设置在外壳体1内的油路三通电磁阀2和取油控制装置，在外壳体1上设有人工取油口3、机器人取油口4和定制化的总取油口5，所述总取油口5与变压器取油口8相匹配，并能密封安装到变压器取油口8处，所述人工取油口3、机器人取油口4和总取油口5分别通过分支油管10与油路三通电磁阀2的三个接口连通，所述人工取油口3设有控制阀300；所述取油控制装置包括控制器6、伺服电机7和设置在总取油口5处的取油阀门9，所述伺服电机7的输出端安装有第一齿轮11，取油阀门9上安装有与第一齿轮11相互啮合的第二齿轮12，并在伺服电机7工作时，通过第一齿轮11和第二齿轮12带动取油阀门9开启或关闭；所述第一齿轮11和第二齿轮12为不锈钢或铝合金材质，用于将伺服电机的扭矩放大，实现总取油口5的打开或关闭功能。所述取油阀门9上还设有手动锁13，并可通过手动锁13控制取油阀门9的开启或关闭。所述油路三通电磁阀2在未接通电源时，总取油口5与人工取油口3连通；在油路三通电磁阀2接通电源时，总取油口5与机器人取油口4连通，所述机器人取油口4为圆弧结构。

实施例一提供了一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置，如图4至图8所示，所述取油阀门9为圆筒状结构，其封堵端900置于总取油口5的出口端，第二齿轮12固定在取油阀门9的控制臂临近出油口外部，并在第二齿轮12转动时，带动取油阀门9转动开启或关闭；所述手动锁13为内六角结构，开设在取油阀门9的控制臂上，其端口伸出外壳体1，并在人工取油时通过外六角螺丝刀嵌入手动锁13内，控制取油阀门9转动开启和关闭。本发明中伺服电机7为自由开放式的，在手动锁13工作时，第一齿轮11和第二齿轮12可以自由转动，并不会锁死。在取油阀门9临近总取油口5的端部设有油管插入口14，连接油路三通电磁阀2与总取油口5的分支油管通过油管插入口14伸入总取油口5内，并与总取油口5连通。

实施例一提供了一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置，如图1至图3所示，在外壳1上还设有控制器供电口16和定位二维码15；所述控制器6通过信号线与伺服电机7和油路三通电磁阀2的控制端连接。所述控制器供电口16用于提供12v、24v、48v直流电源，为控制器6供电，控制油路三通电磁阀切换，并控制伺服电机7开启取油阀门9，控制器供电口16可以接通取油机器人17的电源端，通过取油机器人17对其进行供电，只有在取油机器人17连接进行自动取油时控制器6便可接通电源开始工作；所述控制器6具备微处理器芯片、电机控制芯片以及通讯模块芯片，所述通讯模块包括蓝牙、WIFI和Zigbee通讯模块，所述控制器6用于接收取油机器人的无线通讯指令，进而切换油路三通电磁阀、控制伺服电机运动，完成打开或关闭总取油口5的功能；所述伺服电机7接收到控制器6发给电机驱动器的指令后，实现固定角度的旋转，从而完成总取油口的打开或关闭功能。所述定位二维码15包含二维码地址、二维码尺寸和二维码格式，通过取油机器人17取油时，取油机器人17调用视觉识别算法，通过定位二维码15直接读取出取油机器人相机坐标系下二维码的空间位姿信息、标准化取油装置的编号、设备无线连接密码、供电口位置、取油口位置，从而实现取油设备的高精度识别和取油口的辅助定位。

实施例一提供了一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置，如图2和图3所示，所述手动锁13的控制端口、机器人取油口4、控制器供电口16和定位二维码15设置在外壳体1的同一个面上，所述定位二维码15为方形二维码，所述总取油口5设置在与机器人取油口4相对的面上，所述人工取油口3设置在与机器人取油口4相邻的侧边上；取油口、供电口及定位二维码的设置可以方便取油机器人17的连接。

实施例二提供了一种适用于变压器取油机器人的标准化取油方法，所述取油方法使用实施例一中的取油装置进行取油，包括人工取油模式和机器人自动取油模式，其中，所述人工取油模式进行取油时，通过手动锁开启取油装置的总取油口，然后打开人工取油口，变压器油便流向人工取油口，实现人工取油；

所述机器人自动取油模式进行取油时，其取油流程如图11所示，具体步骤如下：

（1）如图10所示，将取油机器人17移动到机器人取油口4，取油机器人17通过二维码识别算法进行取油装置空间位置和设备密码的信息获取进行三维定位；如图11所示，二维码位姿及二维码ID号识别的方法共包含如下10个步骤：

a.相机标定板图像采集及内参标定；机器人末端的相机提前采集棋盘格或圆盘标定板15-20张图像，使用张正友标定法或Matlab标定工具箱进行相机标定，获取镜头焦距f、镜头畸变参数：k₁，k₂，k₃径向畸变系数，p₁，p₂切向畸变系数；像元尺寸ux和uy、相机光心坐标（c_x, c_y）；

b.现场图像采集及灰度化；机器人进行实际作业时，实时采集现场固定尺寸的二维码图像并进行灰度化处理，从而提高二维码图像黑白区域的对比度，并有效提高二维码的图像处理速度。

c.图像自适应阈值化；使用OTSU大津算法进行图像自适应阈值处理，完成图像二值化。

d.轮廓提取及过滤；基于Canny或Sobel边缘检测算法对二值化的图像进行轮廓提取，从而取得二维码突出的边缘特征，并根据轮廓像素长度和邻域轮廓大小进行过滤，从而选出规则有效的方格轮廓。

f.二维码整体边缘提取；根据提取到的局部方格，进行组合，使用直线插值形成完整的二维码轮廓，并对其进行边缘提取，形成二维码闭合区域。

g.透视变换进行图像校正；使用透视变换算法对图像中倾斜的二维码进行矫正，形成正方形二维码。

h.黑白位提取及网格划分；对校正后的二维码图像进行二值化，根据黑白块面积大小进行网格划分，形成N行*N列的黑/白块。

i.二维码识别及二维码ID计算；将N行*N列中所有小黑块标记为0，所有小白块标记为1，组成N*N个二进制数，进行十进制转化，形成二维码固定ID，并和主控器的无线通讯密码进行唯一映射。

j.原始边框位置精确化；将透视变换后的图像进行逆变换，还原得到定位二维码黑白块及精确的边缘和角点，并使用图像进行二维码边缘标记。

h.基于相机内参和PTP法的二维码姿态解算；由于二维码实际大小已确定，可根据原始图像中二维码图像坐标，相机内参，二维码边长，基于本发明的PTP法（Perspective-ThreePoints，三点透视目标定位算法）进行相机坐标系下，二维码中心三维坐标的计算；计算过程为：实际相机工作时存在图4所示的小孔成像模型，其中O为机器人相机坐标系原点，A、B、C为二维码上三点，形成的投影点为a，b，c，并假设∠aOb=α，∠aOc=β，∠bOc=γ；由于相机内参和二维码实际黑白格的边长已知，则AB，BC，AC，ab，bc，ac长度已知。根据小孔成像模型（图12所示），从图中可找出△AOB、△AOC、△BOC，利用余弦定理，可得方程组①：

①

方程左右同时除以

，可得方程组②：

②

令

，/>

，/>

，其中/>

，/>

均已知，u未知，则方程组②可变形为方程组③：

③

继续简化变形，令

，/>

，代入方程，可得④：

④

其中可将第一个方程分别代入第二、三方程，消去未知数u，可得二元二次方程组⑤：

⑤

v，w已知，可求得x，y，即可求得OA，OB，OC，最终基于PTP算法可得到A，B，C在相机坐标系O下的坐标。

（2）根据步骤（1）中三维定位结果，调整机器人取油嘴18位姿，使机器人取油嘴18与取油装置的机器人取油口4对接，在机器人取油嘴18与取油装置的机器人取油口4对接的同时，取油机器人17末端自带的12v或24v的直流电源通过固定尺寸的2个电极与取油装置供电口的有效对接；

（3）通过通讯模块实现与取油装置的通讯连接，控制器6接通电源后便开始工作，发送指令实现油路三通电磁阀2的切换至机器人取油口4连通的分油管，同时控制伺服电机7旋转，打开取油装置的总取油口5和机器人取油口4，从而引导变压器油从机器人取油口4输出；

（4）当取油量满足要求后，取油机器人17便发送指令，控制驱动电机7反转，并切换油路三通电磁阀2至人工取油口3的分油管连通，并关闭总取油口5，结束任务。

以上所述，只是本发明的一个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置，其特征在于：所述取油装置包括外壳体（1）、设置在外壳体（1）内的油路三通电磁阀（2）和取油控制装置，在外壳体（1）上设有人工取油口（3）、机器人取油口（4）、总取油口（5）和定位二维码（15），所述总取油口（5）与变压器取油口（8）相匹配，并能密封安装到变压器取油口（8）处，所述人工取油口（3）、机器人取油口（4）和总取油口（5）分别通过分支油管（10）与油路三通电磁阀（2）的三个接口连通；所述取油控制装置包括控制器（6）、伺服电机（7）和设置在总取油口（5）处的取油阀门（9），所述伺服电机（7）的输出端安装有第一齿轮（11），取油阀门（9）上安装有与第一齿轮（11）相互啮合的第二齿轮（12），并在伺服电机（7）工作时，通过第一齿轮（11）和第二齿轮（12）带动取油阀门（9）开启或关闭；所述取油阀门（9）上还设有手动锁（13），并可通过手动锁（13）控制取油阀门（9）的开启或关闭；所述控制器（6）通过信号线与伺服电机（7）和油路三通电磁阀（2）的控制端连接；所述定位二维码（15）包含二维码地址、二维码尺寸和二维码格式，通过取油机器人（17）取油时，取油机器人（17）调用视觉识别算法，通过定位二维码（15）直接读取出取油机器人相机坐标系下二维码的空间位姿信息、标准化取油装置的编号、设备无线连接密码、供电口位置、取油口位置，从而实现取油设备的高精度识别和取油口的辅助定位。

2.根据权利要求1所述的一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置，其特征在于：在外壳体（1）上还设有控制器供电口（16）；所述控制器供电口（16）用于提供12v、24v、48v直流电源，为控制器（6）供电，控制油路三通电磁阀切换，并控制伺服电机（7）开启取油阀门（9）。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置，其特征在于：所述油路三通电磁阀（2）在未接通电源时，总取油口（5）与人工取油口（3）连通，所述人工取油口（3）设有控制阀（300）；在油路三通电磁阀（2）接通电源时，总取油口（5）与机器人取油口（4）连通，所述机器人取油口（4）为圆弧结构。

4.根据权利要求1或2所述的一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置，其特征在于：所述控制器（6）具备微处理器芯片、电机控制芯片以及通讯模块芯片，所述通讯模块包括蓝牙、WIFI和Zigbee通讯模块，所述控制器（6）用于接收取油机器人的无线通讯指令，进而切换油路三通电磁阀、控制伺服电机运动，完成打开或关闭总取油口（5）的功能；所述伺服电机（7）接收到控制器（6）发给电机驱动器的指令后，实现固定角度的旋转，从而完成总取油口的打开或关闭功能。

5.根据权利要求1或2所述的一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置，其特征在于：所述取油阀门（9）为圆筒状结构，其封堵端（900）置于总取油口（5）的出口端，第二齿轮（12）固定在取油阀门（9）的控制臂临近出油口外部，并在第二齿轮（12）转动时，带动取油阀门（9）转动开启或关闭；所述手动锁（13）为内六角结构，开设在取油阀门（9）的控制臂上，其端口伸出外壳体（1），并在人工取油时通过外六角螺丝刀嵌入手动锁（13）内，控制取油阀门（9）转动开启和关闭。

6.根据权利要求1或2所述的一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置，其特征在于：在取油阀门（9）临近总取油口（5）的端部设有油管插入口（14），连接油路三通电磁阀（2）与总取油口（5）的分支油管通过油管插入口（14）伸入总取油口（5）内，并与总取油口（5）连通。

7.根据权利要求1或2所述的一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置，其特征在于：所述第一齿轮（11）和第二齿轮（12）为不锈钢或铝合金材质，用于将伺服电机的扭矩放大，实现总取油口（5）的打开或关闭功能。

8.根据权利要求2所述的一种适用于变压器取油机器人的标准化取油装置，其特征在于：所述手动锁（13）的控制端口、机器人取油口（4）、控制器供电口（16）和定位二维码（15）设置在外壳体（1）的同一个面上，所述定位二维码（15）为方形二维码，所述总取油口（5）设置在与机器人取油口（4）相对的面上，所述人工取油口（3）设置在与机器人取油口（4）相邻的侧边上。

9.一种适用于变压器取油机器人的标准化取油方法，其特征在于：所述取油方法使用权利要求1至7中任意一项所述的取油装置进行取油，包括人工取油模式和机器人自动取油模式，其中，所述人工取油模式进行取油时，通过手动锁开启取油装置的总取油口，然后打开人工取油口，变压器油便流向人工取油口，实现人工取油；

所述机器人自动取油模式进行取油时，具体步骤如下：

（1）取油机器人移动到机器人取油口，通过二维码识别算法进行取油装置空间位置和设备密码的信息获取进行三维定位；

（2）根据步骤（1）中三维定位结果，调整机器人取油嘴位姿，实现与取油装置的机器人取油口对接，同时将取油机器人自带的直流电源通过电极与取油装置供电口的有效对接；

（3）通过通讯模块实现取油机器人和取油装置的通讯连接，并发送指令实现油路三通电磁阀的切换至机器人取油口连通的分油管，控制伺服电机旋转，打开取油装置的总取油口和机器人取油口，从而引导变压器油从机器人取油口输出；

（4）当取油量满足要求后，取油机器人便发送指令，控制伺服电机反转，并切换油路三通电磁阀，从而关闭总取油口，油路三通电磁阀切换到人工分油路，结束任务。

10.根据权利要求9所述的一种适用于变压器取油机器人的标准化取油方法，其特征在于所述步骤（1）中通过二维码识别算法计算出二维码三维坐标、二维码ID和无线通讯密码三种信息进行三维定位，其具体过程如下：

a.相机标定板图像采集及内参标定；通过取油机器人末端的相机提前采集棋盘格或圆盘标定板15-20张图像，使用张正友标定法或Matlab标定工具箱进行相机标定，获取镜头焦距、镜头畸变参数、像元尺寸和相机光心坐标；

b.现场图像采集及灰度化；取油机器人进行实际作业时，实时采集现场固定尺寸的二维码图像并进行灰度化处理；

c.图像自适应阈值化；使用OTSU大津算法进行图像自适应阈值处理，完成图像二值化；

d.轮廓提取及过滤；基于Canny或Sobel边缘检测算法对二值化的图像进行轮廓提取，取得二维码突出的边缘特征，并根据轮廓像素长度和邻域轮廓大小进行过滤，选出规则有效的方格轮廓；

e.二维码整体边缘提取；根据提取到的局部方格，进行组合，使用直线插值形成完整的二维码轮廓，并对其进行边缘提取，形成二维码闭合区域；

f.透视变换进行图像校正；使用透视变换算法对图像中倾斜的二维码进行矫正，形成正方形二维码；

g.黑白位提取及网格划分；对校正后的二维码图像进行二值化，根据黑白块面积大小进行网格划分，形成N行*N列的黑/白块；

h.二维码识别及二维码ID计算；将N行*N列中所有小黑块标记为0，所有小白块标记为1，组成N*N个二进制数，进行十进制转化，形成二维码固定ID，并和主控器的无线通讯密码进行唯一映射；

i.原始边框位置精确化；将透视变换后的图像进行逆变换，还原得到定位二维码黑白块及精确的边缘和角点，并使用图像进行二维码边缘标记；

j.基于相机内参和PTP法的二维码姿态解算；根据原始图像中二维码图像坐标、相机内参、二维码边长，基于PTP法进行相机坐标系下，二维码中心三维坐标的计算。

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