一种带电作业机器人数据通信系统技术方案

本发明专利技术提出一种带电作业机器人数据通信系统。包括带电作业机器人、多路图像传输子系统、指令\数据光纤传输子系统和指令\数据无线冗余子系统；所述多路图像传输子系统包括双目摄像头、深度摄像头、全景摄像头、主控柜光交换机、从控柜光交换机和第一工控机；所述指令\数据光纤传输子系统包括第一工控机、主控柜光交换机、从控柜光交换机和第二工控机；所述指令\数据无线冗余子系统包括第一工控机、全景摄像头、从控柜无线网桥、主控柜无线网桥和第二工控机。本发明专利技术为带电作业机器人提供一套通信系统，提高了带电作业机器人的自动化程度和控制的实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种带电作业机器人数据通信系统
专利技术属于电力
，具体涉及一种带电作业机器人数据通信系统。
技术介绍
目前，我国高压带电作业主要使用人工作业。即便已经出现代替人工作业的机器人，其安全性也不能得到保障，仍然需要人工对其作业进行监控。由于输电线路机器人一般采用高空作业，操作人员在地面上通过目视无法及时有效地发现机器人作业过程中发生的故障。为避免或减小机器人作业引发的安全事故，需要设计针对输电线路带电作业机器人的专用监控系统。我国带电作业机器人起步较晚，目前仍然没有针对输电线路带电作业机器人的监控方案，电网、机器人和操作人员的安全不能得到保障。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为，为带电作业机器人提供一套通信系统，提高了带电作业机器人的自动化程度和控制的实时性。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种带电作业机器人数据通信系统，包括带电作业机器人、多路图像传输子系统、指令\数据光纤传输子系统和指令\数据无线冗余子系统；所述多路图像传输子系统，包括双目摄像头、深度摄像头、全景摄像头、主控柜光交换机、从控柜光交换机和第一工控机；双目摄像头、深度摄像头、全景摄像头均通过网线与从控柜光交换机的双绞线以太网口连接，采用以太网口传输所拍摄到的图像；所述从控柜光交换机采用千兆工业级以太网交换机，各摄像机和第一工控机均单独使用从控柜光交换机的VLAN接口；从控柜光交换机通三个光口与主控柜光交换机相连，用于从控柜光交换机向主控柜光交换机发送数据；主控柜光交换机通过另外三个光口与从控柜光交换机相连，用于主控柜光交换机向从控柜光交换机发送数据；主控柜光交换机通过三个双绞线以太网口与第三工控机相连；所述指令\数据光纤传输子系统，包括第一工控机、主控柜光交换机、从控柜光交换机和第二工控机；第一工控机将采集到的机械臂关节角度信息通过网口传输到从控柜光交换机；从控柜光交换机通过一光口与主控柜光交换机的一光口相连，主控柜光交换机通过双绞线以太网口与第二工控机相连；第二工控机通过主控柜光交换机和从控柜光交换机将机械臂空间路径数据传输给第一工控机；所述指令\数据无线冗余子系统包括第一工控机、全景摄像头、从控柜无线网桥、主控柜无线网桥和第二工控机；从控柜无线网桥将全景摄像头的图像数据和第一工控机采集到的机械臂关节角度信息发送给主控柜无线网桥；主控柜无线网桥将接收到的数据发送给第二工控机；同样地，第二工控机通过该链路发送控制指令给第一工控机。进一步，所述带电作业机器人包括绝缘斗臂车，搭载在绝缘斗臂车上的机器人平台，安装在机器人平台上的机械臂，数据采集系统以及数据处理和控制系统；所述数据采集系统为设置在机器人平台上的用于采集机械臂作业场景图像的双目摄像头、深度摄像头、全景摄像头；所述数据处理和控制系统根据所述作业场景图像生成3D虚拟作业场景或者规划出机械臂空间路径；所述数据处理和控制系统包括第一工控机、第二工控机、第三工控机，第二工控机内置图像处理器和带电作业动作序列库，所述带电作业动作序列库中预先存储有各项带电作业对应的动作序列数据；所述摄像机采集的作业场景图像发送给第二工控机，图像处理器对作业场景图像进行处理后获的机械臂与作业对象之间的相对位置关系，第三工控机根据所述相对位置关系以及具体带电作业所对应的动作序列规划机械臂的空间路径，并将所述机械臂的空间路径数据发送给第一工控机；第一工控机根据所述机械臂的空间路径控制机械臂动作。进一步，所述机械臂包括第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂和第二机械臂上均搭载有双目摄像头，所述第一机械臂和第二机械臂使用作业工具相互配合完成带电作业。进一步，所述机械臂包括第一机械臂、第二机械臂和辅助机械臂，所述第一机械臂、第二机械臂和辅助机械臂上均搭载有双目摄像头，所述第一机械臂、第二机械臂和辅助机械臂配合完成带电作业，其中，辅助机械臂用于夹持作业对象，第一机械臂和第二机械臂使用作业工具进行作业操作。进一步，所述绝缘斗臂车上设置有控制室，所述数据处理和控制系统还包括显示屏和主操作手，第二工控机内置图像处理器，显示屏和主操作手位于控制室内；主操作手与机械臂为主从操作关系，通过改变主操作手的姿态控制机械臂运动；所述摄像机采集的作业场景图像发送给第二工控机，图像处理器对作业场景图像进行处理后获的3D虚拟作业场景，并送显示器显示。进一步，所述机械臂包括第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂和第二机械臂上均搭载有双目摄像头；所述主操作手包括第一主操作手和第二主操作手，第一主操作手和第二主操作手分别用于控制第一机械臂和第二机械臂。进一步，所述机械臂包括第一机械臂、第二机械臂和辅助机械臂，所述第一机械臂、第二机械臂和辅助机械臂上均搭载有双目摄像头，所述主操作手包括第一主操作手、第二主操作手、辅助主操作手；第一主操作手、第二主操作手以及辅助主操作手分别用于控制第一机械臂、第二机械臂和辅助机械臂。进一步，所述机械臂或者主操作手为六自由度机构，包括基座，旋转轴方向与基座平面垂直的腰关节，与腰关节连接的肩关节，与肩关节连接的大臂，与大臂连接的肘关节，与肘关节连接的小臂，与小臂连接的腕关节，腕关节由三个旋转关节组成，分别为腕俯仰关节、腕摇摆关节和腕旋转关节；所述六自由度机构中各个关节均具有相应的正交旋转编码器和伺服驱动电机，正交旋转编码器用于采集各个关节的角度数据，伺服驱动电机用于控制各关节的运动；第一工控机根据机械臂各关节角度的期望值，通过控制伺服驱动电机控制按机械臂各关节运动。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于，本专利技术通信系统可以保证多路高分辨率监控图像和实时控制信号同时传输，具备较强的数据吞吐能力；图像数据与控制信号采用不同的传输通路，减小了带电作业机器人实时控制的延时；通信系统配备了无线信道硬件冗余，使带电作业机器人在故障时仍具有一定的可控性。附图说明图1为本专利技术带电作业机器人一种实施例的整体结构示意图；图2为本专利技术中绝缘斗臂车的系统组成框图；图3为本专利技术中机器人平台的结构示意图；图4为本专利技术中机械臂的结构示意图；图5为本专利技术通信系统原理框图；图6为本专利技术通信系统拓扑结构图。具体实施方式容易理解，依据本专利技术的技术方案，在不变更本专利技术的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本专利技术带电作业机器人数据通信系统的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本专利技术的技术方案的示例性说明，而不应当视为本专利技术的全部或者视为对本专利技术技术方案的限制或限定。结合附图，带电作业机器人包括绝缘斗臂车1、控制室2、伸缩臂3、机器人平台4。其中，绝缘斗臂车1上架设控制室2和伸缩臂3，伸缩臂3末端连接机器人平台4，机器人平台4与控制室2之间采用光纤以太网通信或者无线网络通信。绝缘斗臂车1可供操作人员驾驶，从而将机器人平台4运输到作业现场。绝缘斗臂车1上装有支撑腿，支撑腿可以展开，从而将绝缘斗臂车1与地面稳固支撑。绝缘斗臂车1上装有发电机，从而给控制室2及伸缩臂3供电。伸缩臂3设有沿伸缩方向的驱动装置，操作人员可以通过控制驱动装置，从而将机器人平台4升降到作业高度。该伸缩臂3由绝缘材料制成，用于实现机器人平台4与控制室2的绝缘。在本专利技术中，伸缩臂3可有由剪叉式升降机构或其他机构代替。作为一种实施方式，控制室2中设置有第二工控机、第三工控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带电作业机器人数据通信系统，其特征在于，包括带电作业机器人、多路图像传输子系统、指令\数据光纤传输子系统和指令\数据无线冗余子系统；所述多路图像传输子系统，包括双目摄像头、深度摄像头、全景摄像头、主控柜光交换机、从控柜光交换机和第一工控机；双目摄像头、深度摄像头、全景摄像头均通过网线与从控柜光交换机的双绞线以太网口连接，采用以太网口传输所拍摄到的图像；所述从控柜光交换机采用千兆工业级以太网交换机，各摄像机和第一工控机均单独使用从控柜光交换机的VLAN接口；从控柜光交换机通三个光口与主控柜光交换机相连，用于从控柜光交换机向主控柜光交换机发送数据；主控柜光交换机通过另外三个光口与从控柜光交换机相连，用于主控柜光交换机向从控柜光交换机发送数据；主控柜光交换机通过三个双绞线以太网口与第三工控机相连；所述指令\数据光纤传输子系统，包括第二工控机、主控柜光交换机、从控柜光交换机和第一工控机；第一工控机将采集到的机械臂关节角度信息通过网口传输到从控柜光交换机；从控柜光交换机通过一光口与主控柜光交换机的一光口相连，主控柜光交换机通过双绞线以太网口与第一工控机相连；第一工控机通过主控柜光交换机和从控柜光交换机将机械臂空间路径数据传输给第一工控机；所述指令\数据无线冗余子系统包括第一工控机、全景摄像头、从控柜无线网桥、主控柜无线网桥和第二工控机；从控柜无线网桥将全景摄像头的图像数据和第一工控机采集到的机械臂关节角度信息发送给主控柜无线网桥；主控柜无线网桥将接收到的数据发送给第二工控机；同样地，第二工控机通过该链路发送控制指令给第一工控机。...

【技术特征摘要】
1.一种带电作业机器人数据通信系统，其特征在于，包括带电作业机器人、多路图像传输子系统、指令\数据光纤传输子系统和指令\数据无线冗余子系统；所述多路图像传输子系统，包括双目摄像头、深度摄像头、全景摄像头、主控柜光交换机、从控柜光交换机和第一工控机；双目摄像头、深度摄像头、全景摄像头均通过网线与从控柜光交换机的双绞线以太网口连接，采用以太网口传输所拍摄到的图像；所述从控柜光交换机采用千兆工业级以太网交换机，各摄像机和第一工控机均单独使用从控柜光交换机的VLAN接口；从控柜光交换机通三个光口与主控柜光交换机相连，用于从控柜光交换机向主控柜光交换机发送数据；主控柜光交换机通过另外三个光口与从控柜光交换机相连，用于主控柜光交换机向从控柜光交换机发送数据；主控柜光交换机通过三个双绞线以太网口与第三工控机相连；所述指令\数据光纤传输子系统，包括第二工控机、主控柜光交换机、从控柜光交换机和第一工控机；第一工控机将采集到的机械臂关节角度信息通过网口传输到从控柜光交换机；从控柜光交换机通过一光口与主控柜光交换机的一光口相连，主控柜光交换机通过双绞线以太网口与第一工控机相连；第一工控机通过主控柜光交换机和从控柜光交换机将机械臂空间路径数据传输给第一工控机；所述指令\数据无线冗余子系统包括第一工控机、全景摄像头、从控柜无线网桥、主控柜无线网桥和第二工控机；从控柜无线网桥将全景摄像头的图像数据和第一工控机采集到的机械臂关节角度信息发送给主控柜无线网桥；主控柜无线网桥将接收到的数据发送给第二工控机；同样地，第二工控机通过该链路发送控制指令给第一工控机。2.如权利要求1所述带电作业机器人数据通信系统，其特征在于，所述带电作业机器人包括绝缘斗臂车，搭载在绝缘斗臂车上的机器人平台，安装在机器人平台上的机械臂，数据采集系统以及数据处理和控制系统；所述数据采集系统为设置在机器人平台上的用于采集机械臂作业场景图像的双目摄像头、深度摄像头、全景摄像头；所述数据处理和控制系统根据所述作业场景图像生成3D虚拟作业场景或者规划出机械臂空间路径；所述数据处理和控制系统包括第一工控机、第二工控机、第三工控机，第二工控机内置图像处理器和带电作业动作序列库，所述带电作业动作序列库中预先存储有各项带电作业对应的动作序列数据；所述摄像机采集的作业场景图像发送给第二工控机，图像处理器对作业场景图像进行处理后获的机械臂与作业对象之间的相对位置关系，第三工控机根据所述相对位置关系以及具体带电作业所对应的动...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭毓，韩昊一，郭健，吴禹均，苏鹏飞，吴巍，李光彦，黄颖，汤冯炜，林立斌，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32