一种带电作业机器人的母线金具螺丝锁卸设备及其锁卸方法技术

本发明专利技术公开了一种带电作业机器人的母线金具螺丝锁卸设备及其锁卸方法，包括绝缘斗臂车，架设于绝缘斗臂车上的斗臂车工作臂，其特征在于：所述斗臂车工作臂上设有作业平台，所述作业平台上设有三维扫描仪、从动机械臂、锁/卸电动螺丝机构、主动机械臂及等电位杆，所述主动机械臂的前部设有主动机械臂双目摄像头，所述从动机械臂的前部设有从动机械臂双目摄像头，所述锁/卸电动螺丝机构安装在主动机械臂的末端；降低了变电设备母线金具螺丝的锁卸作业的劳动强度，提高了效率和自动化水平，保障了作业人员的人身安全，所需的机器人数量少，减少了电磁干扰对信息传输带来的影响。

A Kind of Busbar Metal Screw Lock-unloading Equipment and Its Lock-unloading Method for Live Operating Robot

The invention discloses a busbar metal screw unloading device and its unloading method of live working robot, including an insulated bucket arm truck, a bucket arm truck working arm mounted on an insulated bucket arm truck, and its characteristics are as follows: the bucket arm of the live working robot is equipped with a working platform, and the working platform is equipped with a three-dimensional scanner, a slave arm, a lock/unload electric screw mechanism, an active mechanical arm and a working platform. The front part of the active manipulator is equipped with an active manipulator binocular camera, and the front part of the slave manipulator is equipped with a slave manipulator binocular camera. The locking/unloading electric screw mechanism is installed at the end of the active manipulator, which reduces the labor intensity of the locking and unloading operation of the busbar metal screw of the substation equipment, improves the efficiency and automation level, and guarantees the operators. Personal safety, the number of robots required is small, which reduces the impact of electromagnetic interference on information transmission.

【技术实现步骤摘要】
一种带电作业机器人的母线金具螺丝锁卸设备及其锁卸方法
本专利技术涉及一种变电站现场作业设备，具体地说是一种金具螺丝锁卸设备及其锁卸方法。
技术介绍
电力与人们生活息息相关，是为千家万户提供优质服务的行业，随着现代大电网联网面积的增加，在发挥其优势的同时，也有许多问题展现出来，常言道“无危则安，无损则全”，随着我国经济和电网建设的飞速发展，保证电力系统安全稳定运行变得越来越重要。目前大型变电站现场作业任务大部分为操作人员使用原始工具手动完成，其存在如下缺陷：1)变电站设备由于置身户外，弥漫于空气中的工业污染和自然污染容易沉积在设备表面形成污秽层，这些污秽受雾、小于等侵害，极易发生触电事故。2)操作人员手工带电完成拆装金具、绝缘子清扫、可见光检查、憎水性检测等工作，劳动强度极大，效率很低，自动化水平低。3)人工带电作业安全防护、遮蔽要求非常严格，稍不注意就会出现短路电流，造成重大的安全事故，引发人身伤亡，造成不必要的损失。如何加强日常维护，防患于未然，以及出现问题时及时抢修，构建电力系统安全防御框架、应对各种挑战，成为必须解决的问题。停电进行日常维护检修是最安全可靠的方式，但是停电对工业生产的影响巨大，严重降低生产效率；另外，停电以及检修完毕之后的上电都会对系统内的设备造成冲击，降低设备寿命。带电作业水平的提高，是解决这一问题的重要手段之一。带电作业是在高压电气设备上进行不停电检修、部件更换或测设的作业，一直为世界各国所重视。现有的技术虽然也是利用机器人去代替人工进行带电作业，其提供两种模式，一种是需要操作人员使用遥控杆进行操作，由于其采用的机器人数量较多，因此对操作人员的技术有一定的要求，如果操作人员操作失误，也会产生一定的安全风险。另一种是半自主模式，在该模式下，机器人能够以一定的流程自动进行带电作业，但是不适用超高压的带电作业，只适用于10kV及以下电压等级的带电作业。为了改善现有带电作业情况，保障带电作业人员的人身安全，减轻其劳动强度，本专利技术提出了一种变电设备带电作业机器人的母线金具螺丝锁卸方法。该方法能够在不断电的情况下，通过变电设备带电作业机器人对变电站现场的母线金具螺丝进行自动锁卸，从而从根本上保障了检修人员的人身安全并减轻了其劳动强度，提高了检修效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决传统变电设备母线金具螺丝的锁卸作业易发生触电事故、劳动强度大，效率低的问题。本专利技术采用的技术方案是：一种带电作业机器人的母线金具螺丝锁卸设备，包括绝缘斗臂车，架设于绝缘斗臂车上的斗臂车工作臂，其特征在于：所述斗臂车工作臂上设有作业平台，所述作业平台上设有三维扫描仪、从动机械臂、锁/卸电动螺丝机构、主动机械臂及等电位杆，所述主动机械臂的前部设有主动机械臂双目摄像头，所述从动机械臂的前部设有从动机械臂双目摄像头，所述锁/卸电动螺丝机构安装在主动机械臂的末端。本专利技术的有益效果和特点是：①降低了变电设备母线金具螺丝的锁卸作业的劳动强度，提高了效率和自动化水平；②保障了作业人员的人身安全；③所需的机器人数量少，减少了电磁干扰对信息传输带来的影响。附图说明图1是本专利技术较佳实施例的整体结构示意图；图2是本专利技术实施例标定时的3种坐标系的示意图；图3是本专利技术实施例的深度信息提取原理图；图4是本专利技术实施例母线金具处的局部结构示意图；图5是本专利技术实施例母线金具螺丝锁卸的流程图；图中标号分别表示：1-主动机械臂、2-从动机械臂、21-从动机械臂双目摄像头、3-三维扫描仪、4-等电位杆、5-锁/卸电动螺丝机构、51-主动机械臂双目摄像头、6-作业平台、7-斗臂车工作臂、8-绝缘斗臂车、9-软母线端子、10-管型母线、11-金具。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行进一步说明：如图1所示，一种带电作业机器人的母线金具螺丝锁卸设备，包括绝缘斗臂车8，架设于绝缘斗臂车8上的斗臂车工作臂7，其特征在于：所述斗臂车工作臂7上设有作业平台6，所述作业平台6上设有三维扫描仪3、从动机械臂2、锁/卸电动螺丝机构5、主动机械臂1及等电位杆4，所述主动机械臂1的前部设有主动机械臂双目摄像头51，所述从动机械臂2的前部设有从动机械臂2双目摄像头21，所述锁/卸电动螺丝机构5安装在主动机械臂1的末端。上述带电作业机器人的母线金具螺丝锁卸设备的锁卸方法，包括如下步骤(整体流程图见图5)：第一步：开始；操作人员将绝缘斗臂车8开往变电站检修的工作位，通过对斗臂车工作臂7的起升，调整工作斗的空间位置，直至待检修金具处于双机械臂的作业范围以内；第二步：等电位操作；操作人员在远端监控站点击拆装金具按钮后，从动机械臂2从上平台指定位置夹持等电位杆4并挂扣于管型母线10上，以此实现双机械臂基体与高压线的等电位；等电位操作完毕后，从动机械臂2自动复位；第三步：三维重构；从动机械臂2从初始位置开始运动，其末端执行器在上平台指定位置抓取三维扫描仪3，并对现场的环境进行局部扫描，并将扫描图像传输至工控机；扫描完毕后，工控机根据预设图像处理算法及扫描数据，自动计算出主机械臂末端与母线金具螺孔之间的相对距离以及从机械臂与软母线端子的相对距离；同时，程序自动建立周边设备的三维模型，并对环境内几何特征鲜明的物体进行标识，并标识出机械臂作业的安全空间；该模型也会被传输到远端监控站以供操作人员监视；之后，从动机械臂的末端执行器将三维扫描仪3放回工具箱，并自动复位；第四步：抓持软母线；首先执行粗调阶段，根据之前构建的三维重构模型，计算软母线端子9与从动机械臂2的空间相对坐标(参考图4)，并依据机械臂作业的安全空间，规划从动机械臂的运动路径，使之末端执行器快速移动到软母线端子9附近；考虑到工作斗在机械臂的运动过程中会发生抖振，仅通过粗调阶段无法实现从动机械臂的对软母线端子9的准确抓持；因此，在粗调阶段结束后，依靠双目摄像头自动进行精调阶段，此时，从动机械臂2上的双目摄像头动态搜寻软母线端子9，再次通过图像处理，解算出软母线端子9与从动机械臂末端的相对距离；此时，工控机下发控制数据，从动机械臂反复修正其空间位姿，并缓缓移动至软母线端子9处，利用末端机械爪准确夹持软母线端子；第五步：拆卸螺丝；该工序可分为三个阶段，即粗调阶段、精调阶段和拆卸阶段，且每次仅拆卸一个螺丝；首先执行粗调阶段，利用第三步中产生的三维重构结果，解算主动机械臂1与母线金具11的相对距离，在考虑当前从动机械臂2空间位姿及其它电器设备空间位姿的前提下，规划主动机械臂1的运动路径，使之末端执行器快速到待拆卸金具附近；考虑到工作斗在机械臂的运动过程中会发生抖振，仅通过粗调阶段无法实现主动机械臂精确定准金具螺孔，因此，在粗调阶段结束后，自动进行精调阶段；此时，主动机械臂双目摄像头51动态搜寻母线金具螺丝，再次通过对母线金具的图像处理，标识母线金具螺孔，并解算主动机械臂1末端与母线金具螺孔之间的相对距离；此时，工控机下发控制数据，主动机械臂1反复修正其空间位姿，缓缓对准母线金具上的螺孔并利用末端的锁卸螺丝工装对金具螺丝进行卡扣；最后，主动机械臂1利用末端的锁/卸电动螺丝机构5拆卸金具上的螺丝，并将已拆卸下的螺丝缓缓放入上平台备料盒中；金具上其它三个螺丝的拆卸过程可类比上述过程；第六步：软母线入架；夹持有软母线的从动机械臂2按规划运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带电作业机器人的母线金具螺丝锁卸设备，包括绝缘斗臂车(8)，架设于绝缘斗臂车(8)上的斗臂车工作臂(7)，其特征在于：所述斗臂车工作臂(7)上设有作业平台(6)，所述作业平台(6)上设有三维扫描仪(3)、从动机械臂(2)、锁/卸电动螺丝机构(5)、主动机械臂(1)及等电位杆(4)，所述主动机械臂(1)的前部设有主动机械臂双目摄像头(51)，所述从动机械臂(2)的前部设有从动机械臂(2)双目摄像头(21)，所述锁/卸电动螺丝机构(5)安装在主动机械臂(1)的末端。

【技术特征摘要】
1.一种带电作业机器人的母线金具螺丝锁卸设备，包括绝缘斗臂车(8)，架设于绝缘斗臂车(8)上的斗臂车工作臂(7)，其特征在于：所述斗臂车工作臂(7)上设有作业平台(6)，所述作业平台(6)上设有三维扫描仪(3)、从动机械臂(2)、锁/卸电动螺丝机构(5)、主动机械臂(1)及等电位杆(4)，所述主动机械臂(1)的前部设有主动机械臂双目摄像头(51)，所述从动机械臂(2)的前部设有从动机械臂(2)双目摄像头(21)，所述锁/卸电动螺丝机构(5)安装在主动机械臂(1)的末端。2.根据权利要求1所述的带电作业机器人的母线金具螺丝锁卸设备的锁卸方法，其特征在于包括如下步骤：第一步：开始；操作人员将绝缘斗臂车(8)开往变电站检修的工作位，通过对斗臂车工作臂(7)的起升，调整工作斗的空间位置，直至待检修金具处于双机械臂的作业范围以内；第二步：等电位操作；操作人员在远端监控站点击拆装金具按钮后，从动机械臂(2)从上平台指定位置夹持等电位杆(4)并挂扣于管型母线(10)上，以此实现双机械臂基体与高压线的等电位；等电位操作完毕后，从动机械臂(2)自动复位；第三步：三维重构；从动机械臂(2)从初始位置开始运动，其末端执行器在上平台指定位置抓取三维扫描仪(3)，并对现场的环境进行局部扫描，并将扫描图像传输至工控机；扫描完毕后，工控机根据预设图像处理算法及扫描数据，自动计算出主机械臂末端与母线金具螺孔之间的相对距离以及从机械臂与软母线端子的相对距离；同时，程序自动建立周边设备的三维模型，并对环境内几何特征鲜明的物体进行标识，并标识出机械臂作业的安全空间；该模型也会被传输到远端监控站以供操作人员监视；之后，从动机械臂的末端执行器将三维扫描仪(3)放回工具箱，并自动复位；第四步：抓持软母线；首先执行粗调阶段，根据之前构建的三维重构模型，计算软母线端子(9)与从动机械臂(2)的空间相对坐标，并依据机械臂作业的安全空间，规划从动机械臂的运动路径，使之末端执行器快速移动到软母线端子(9)附近；考虑到工作斗在机械臂的运动过程中会发生抖振，仅通过粗调阶段无法实现从动机械臂的对软母线端子(9)的准确抓持；因此，在粗调阶段结束后，依靠双目摄像头自动进行精调阶段，此时，从动机械臂(2)上的双目摄像头动态搜寻软母线端子(9)，再次通过图像处理，解算出软母线端子(9)与从动机械臂末端的相对距离；此时，工控机下发控制数据，从动机械臂反复修正其空间位姿，并缓缓移动至软母线端子(9)处，利用末端机械爪准确夹持软母线端子；第五步：拆卸螺丝；该工序可分为三个阶段，即粗调阶段、精调阶段和拆卸阶段，且每次仅拆卸一个螺丝；首先执行粗调阶段，利用第三步中产生的三维重构结果，解算主动机械臂(1)与母线金具(11)的相对距离，在考虑当前从动机械臂(2)空间位姿及其它电器设备空间位姿的前提下，规划主动机械臂(1)的运动路径，使之末端执行器快速到待拆卸金具附近；考虑到工作斗在机械臂的运动过程中会发生抖振，仅通过粗调阶段无法实现主动机械臂精确定准金具螺孔，因此，在粗调阶段结束后，自动进行精调阶段；此时，主动机械臂双目摄像头(51)动态搜寻母线金具螺丝，再次通过对母线金具的图像处理，标识母线金具螺孔，并解算主动机械臂(1)末端与母线金具螺孔之间的相对距离；此时，工控机下发控制数据，主动机械臂(1)反复修正其空间位姿，缓缓对准母线金具上的螺孔并利用末端的锁卸螺丝工装对金具螺丝进行卡扣；最后，主动机械臂(1)利用末端的锁/卸电动螺丝机构(5)拆卸金具上的螺丝，并将已拆卸下的螺丝缓缓放入上平台备料盒中；金具上其它三个螺丝的拆卸过程可类比上述过程；第六步：软母线入架；夹持有软母线的从动机械臂(2)按规划运动路径运动至工作斗的专用软母线架，并置软母线于专用软母线架上，且固定，之后从动机械臂(2)自动复位；第七步：结束等电位；从动机械臂(2)夹持挂扣于管型母线(10)上的等电位杆(4)，使其脱离管型母线(10)，并将其重新安置在指定位置，以此结束双机械臂基体与高压线的等电位；第八步：软母线接地；通过对斗臂车工作臂(7)的降下操作，使得工作斗接近于地面；此时，操作人员从专用软母线架中拾取软母线，并手动接地；第九步：人工检修；待第八步操作完毕后，下部分检修装置已断电，工作环境已达到安全状态；因此，可通过人工介入的方式对下部分检修...

【专利技术属性】
技术研发人员：周新风，李劲彬，汪涛，陈隽，张耀东，谭畅，陈鑫，刘振焘，刘勇，曾国，张海，李俊，高浦润，张予，吴传奇，夏天，刘帆，孙双学，王康，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖北省电力公司电力科学研究院，中国地质大学武汉，国网湖北省电力公司黄石供电公司，
类型：发明
国别省市：北京,11