变电站带电检修作业机器人绝缘臂位姿控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种变电站带电检修作业机器人绝缘臂位姿控制系统及方法，采集控制机器人本体移动底盘和绝缘伸缩臂的相对位置、角度以及作业工具与待作业设备的距离，结合所述作业状态数据，对机器人本体移动底盘和绝缘伸缩臂进行姿态的调整。本发明专利技术能够快速通过融合各传感器数据，记录机器人状态，有效保障机器人作业安全，通过划分传感器的优先级，能够有效防止优先级相同而出现系统误判的问题。

Attitude control system and method for insulated arm of live overhaul robot in Substation

The invention discloses a position and attitude control system and a method for an insulating arm of a live overhaul operation robot in a substation. The relative position and angle of the moving chassis and the insulating telescopic arm of the control robot body and the distance between the working tool and the equipment to be operated are collected and controlled, and the moving chassis and the robot body are eliminated by combining the operation state data. Edge telescopic arm for attitude adjustment. The invention can quickly record the state of the robot by fusing the data of each sensor, effectively ensure the safety of the robot operation, and effectively prevent the problem of system misjudgment caused by the same priority by dividing the priority of the sensor.

【技术实现步骤摘要】
变电站带电检修作业机器人绝缘臂位姿控制系统及方法
本专利技术涉及一种变电站带电检修作业机器人绝缘臂位姿控制系统及方法。
技术介绍
随着社会的不断发展，电网的发展面临高供电可靠性、高负荷密度、高电能质量的需求，用户对停电时间要求愈发严格，重要关键线路很难安排停电，停电检修机会越来越少。因此，电网对于先进的带电检修作业技术有十分迫切的需求。鉴于变电站内存在电压等级高、站内设备密集、设备体积重量大等情况，人工带电作业开展存在较大的困难，因此，目前尝试采用机器人技术来进行带电检修作业，以满足上述需求。例如，公告号为CN103056866B、名称为“变电站带电作业机器人”的中国专利专利技术专利，提供了一种变电站带电作业机器人，包括工作机和远程遥控指挥车，控制系统通过无线通信进行信号传递，从而提高作业人员的操作安全性能。再如，公告号为CN104998850B、名称为“变电站带电水冲洗机器人系统及方法”的中国专利技术专利，公开了一种变电站带电水冲洗机器人系统，包括主冲洗机器人、辅助冲洗机器人、纯水制备装置，主冲洗机器人和辅助冲洗机器人分别与纯水制备装置通过高压管路连接，该系统利用机器人代替人工完成变电站绝缘子冲洗作业，使操作人员位于安全区域内，保障了操作人员的安全，降低的劳动强度，提高冲洗效率和自动化水平。然而，上述现有技术仍存在下列缺点，首先，每一项技术分别只能完成一项带电作业内容，而不能使机器人像人一样能够通过夹持不同的工具来完成不同的带电作业任务；其次，现有技术的研究重点主要是机器人系统的硬件结构，而未能提供相应的机器人控制系统，特别是能够针对一种机器人来完成多种作业的复杂控制；另外，不能对机器人进行位姿的精确控制，在多作业工具的切换或不同作业工具进行作业时，无法保证机器人的机械臂/小飞臂的姿态时候调整，保证不同作业工具保持安全距离和良好的工位。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种变电站带电检修作业机器人绝缘臂位姿控制系统及方法，本专利技术能够实现对利用一种机器人来完成多种作业的复杂控制。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种变电站带电检修作业机器人绝缘臂位姿控制系统，该变电站设备带电检修维护作业机器人包括移动底盘、绝缘伸缩臂和作业工具，所述绝缘伸缩臂安装于所述移动底盘上，所述作业工具设置于所述绝缘伸缩臂的末端，包括手持遥控终端、第一信号传送模块、机器人本体控制器、第二信号传送模块、工具控制器、机器人轴运动控制模块、智能控制模块以及第三信号传送模块，所述手持遥控终端用于对所述机器人进行遥控操作，该手持遥控终端发出控制信号并通过所述第一信号传送模块将该控制信号传送至所述机器人本体控制器；所述机器人本体控制器相应发送控制指令至所述工具控制器与所述机器人轴运动控制模块，该工具控制器用以控制所述作业工具的作业，该机器人轴运动控制模块则用以控制所述机器人的各轴的运转，其中，所述机器人本体控制器通过所述第二信号传送模块传送所述控制指令于所述工具控制器；所述智能控制模块用以对采集所述机器人作业状态数据，并通过所述第三信号传送模块与所述机器人本体控制器实现数据交互；通过采集控制机器人本体移动底盘和绝缘伸缩臂的相对位置、角度以及作业工具与待作业设备的距离，结合所述作业状态数据，对机器人本体移动底盘和绝缘伸缩臂进行姿态的调整。进一步的，所述带电检修机器人，包括带电检修机器人本体，具体包括移动机构，设置于移动机构上的底盘，设置于底盘上的绝缘伸缩臂，用于支撑和固定底盘的支腿，设置于绝缘臂伸缩上的小飞臂，搭载于小飞臂上的作业工具，所述带电检修机器人上设置有多个传感器，具体包括设置在绝缘臂上的用于测量绝缘臂的伸缩长度的激光测距传感器，用于测量泄漏电流的泄漏电流传感器，测量绝缘臂旋转角度的编码器，测量工具与变电站设备距离的超声波传感器，测量底盘倾角的倾角传感器，以及测量绝缘臂位置的接近开关。进一步的，所述机器人本体控制器对各个传感器进行优先级的划分，配置泄漏电流传感器具有最高的优先级，其次是超声波传感器、倾角传感器和编码器，优先级最低的传感器为激光传感器和视觉传感器；在执行器中，绝缘臂动作执行器具有最高的优先级，其次是作业工具，优先级最低的执行器是底盘驱动和支腿控制执行器；任一执行器优先级乘以其关联执行器的优先级，通过判定优先级决定各个动作结构的动作先后顺序，根据其判定优先级控制其对应执行器动作。进一步的，实时检测机器人整机泄漏电流值以及对应部位与变电站设备的距离，当泄漏电流值超出安全值，机器人整机所有动作将停止；当与变电站设备的距离超出安全值时，对应部位的绝缘伸缩臂将停止作业。进一步的，依次检测机器人的泄漏电流值、与变电站设备的距离值、绝缘臂转角值和底盘倾角值，按照先后顺序对上述数据进行判断，各数据均处于正常范围时，依次进行相应的作业。进一步的，所述智能控制模块包括智能控制器以及激光定位装置，所述激光定位装置安装于所述绝缘伸缩臂的末端，该激光定位装置采用面扫描方式进行机器人作业平面内所述作业工具与被作业变电站设备间的距离信息的采集；所述智能控制器连接所述激光定位装置，以控制所述激光定位装置进行所述距离信息的采集。进一步的，所述智能控制模块还包括工业摄像机，所述工业摄像机安装于所述绝缘伸缩臂的末端，该工业摄像机对所述机器人作业进行实时视频数据采集，所述智能控制器连接于所述工业摄像机，以控制所述工业摄像机进行所述数据采集。进一步的，所述控制系统还包括机器人监控后台，该机器人监控后台通过所述第三信号传送模块与所述机器人本体控制器、所述智能控制模块连接，实现三者的数据交互。进一步的，所述第三信号传送模块为网络路由器，所述智能控制模块和所述机器人本体控制器通过RJ45接口与所述网络路由器连接，所述机器人监控后台与所述网络路由器无线通信连接。进一步的，所述激光定位装置、所述智能控制器、所述机器人本体控制器以及所述机器人轴运动控制模块形成基于激光信息的闭环控制系统。进一步的，所述机器人轴运动控制模块包括编码器、编码器数据采集模块、模拟量输出模块以及液压伺服阀，所述编码器安装于所述机器人的各轴上，随各轴的旋转而产生相应的各轴的旋转角度数据；所述编码器数据采集模块与所述编码器连接，以采集该编码器所产生的各轴的旋转角度数据，并将所采集的各轴的旋转角度数据输入至所述机器人本体控制器；所述机器人本体控制器通过模拟量输出模块将其相应于所述各轴的旋转角度数据而产生的控制指令传送至所述液压伺服阀，以使所述液压伺服阀相应驱动所述机器人的各轴运转。进一步的，所述智能控制模块设置于所述绝缘伸缩臂上并由独立电源供电。进一步的，所述第一信号传送模块包括手持遥控端无线发送模块、手持遥控端无线接收模块以及模拟量输入模块，所述手持遥控终端与所述手持遥控端无线发送模块相连，所述手持遥控端无线发送模块与所述手持遥控端无线接收模块之间无线通信连接，所述手持遥控端无线接收模快与所述模拟量输入模块相连，所述机器人本体控制器连接至所述模拟量输入模块。进一步的，所述第二信号传送模块包括开关量输出模块、工具端无线发送模块以及工具端无线接收模块，所述机器人本体控制器连接至所述开关量输出模块，所述开关量输出模块与所述工具端无线发送模块相连，所述工具端无线发送模块与所述工具端无线接收模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变电站带电检修作业机器人绝缘臂位姿控制系统，该变电站设备带电检修维护作业机器人包括移动底盘、绝缘伸缩臂和作业工具，所述绝缘伸缩臂安装于所述移动底盘上，所述作业工具设置于所述绝缘伸缩臂的末端，其特征是：包括手持遥控终端、第一信号传送模块、机器人本体控制器、第二信号传送模块、工具控制器、机器人轴运动控制模块、智能控制模块以及第三信号传送模块，所述手持遥控终端用于对所述机器人进行遥控操作，该手持遥控终端发出控制信号并通过所述第一信号传送模块将该控制信号传送至所述机器人本体控制器；所述机器人本体控制器相应发送控制指令至所述工具控制器与所述机器人轴运动控制模块，该工具控制器用以控制所述作业工具的作业，该机器人轴运动控制模块则用以控制所述机器人的各轴的运转，其中，所述机器人本体控制器通过所述第二信号传送模块传送所述控制指令于所述工具控制器；所述智能控制模块用以对采集所述机器人作业状态数据，并通过所述第三信号传送模块与所述机器人本体控制器实现数据交互；通过采集控制机器人本体移动底盘和绝缘伸缩臂的相对位置、角度以及作业工具与待作业设备的距离，结合所述作业状态数据，对机器人本体移动底盘和绝缘伸缩臂进行姿态的调整。...

【技术特征摘要】
1.一种变电站带电检修作业机器人绝缘臂位姿控制系统，该变电站设备带电检修维护作业机器人包括移动底盘、绝缘伸缩臂和作业工具，所述绝缘伸缩臂安装于所述移动底盘上，所述作业工具设置于所述绝缘伸缩臂的末端，其特征是：包括手持遥控终端、第一信号传送模块、机器人本体控制器、第二信号传送模块、工具控制器、机器人轴运动控制模块、智能控制模块以及第三信号传送模块，所述手持遥控终端用于对所述机器人进行遥控操作，该手持遥控终端发出控制信号并通过所述第一信号传送模块将该控制信号传送至所述机器人本体控制器；所述机器人本体控制器相应发送控制指令至所述工具控制器与所述机器人轴运动控制模块，该工具控制器用以控制所述作业工具的作业，该机器人轴运动控制模块则用以控制所述机器人的各轴的运转，其中，所述机器人本体控制器通过所述第二信号传送模块传送所述控制指令于所述工具控制器；所述智能控制模块用以对采集所述机器人作业状态数据，并通过所述第三信号传送模块与所述机器人本体控制器实现数据交互；通过采集控制机器人本体移动底盘和绝缘伸缩臂的相对位置、角度以及作业工具与待作业设备的距离，结合所述作业状态数据，对机器人本体移动底盘和绝缘伸缩臂进行姿态的调整。2.如权利要求1所述的一种变电站带电检修作业机器人绝缘臂位姿控制系统，其特征是：所述带电检修机器人，包括带电检修机器人本体，具体包括移动机构，设置于移动机构上的底盘，用于支撑底盘的支腿，设置于底盘上的绝缘伸缩臂，设置于绝缘臂伸缩上的小飞臂，搭载于小飞臂上的作业工具，所述带电检修机器人上设置有多个传感器，具体包括设置在绝缘臂上的用于测量绝缘臂的伸缩长度的激光测距传感器，用于测量泄漏电流的泄漏电流传感器，测量绝缘臂旋转角度的编码器，测量工具与变电站设备距离的超声波传感器，测量底盘倾角的倾角传感器，以及测量绝缘臂位置的接近开关。3.如权利要求1所述的一种变电站带电检修作业机器人绝缘臂位姿控制系统，其特征是：所述机器人本体控制器对各个传感器进行优先级的划分，配置泄漏电流传感器具有最高的优先级，其次是超声波传感器、倾角传感器和编码器，优先级最低的传感器为激光传感器和视觉传感器；在执行器中，绝缘臂动作执行器具有最高的优先级，其次是作业工具，优先级最低的执行器是底盘驱动和支腿控制执行器；任一执行器优先级乘以其关联执行器的优先级，通过判定优先级决定各个动作结构的动作先后顺序，根据其判定优先级控制其对应执行器动作。4.如权利要求1所述的一种变电站带电检修作业机器人绝缘臂位姿控制系统，其特征是：实时检测机器人整机泄漏电流值以及对应部位与变电站设备的距离，当泄漏电流值超出安全值，机器人整机所有动作将停止；当与变电站设备的距离超出安全值时，对应部位的绝缘伸缩臂将停止作业。5.如权利要求1所述的一种变电站带电检修作业机器人绝缘臂位姿控制系统，其特征是：依次检测机器人的泄漏电流值、与变电站设备的距离值、绝缘臂转角值和底盘倾角值，按照先后顺序对上述数据进行判断，各数据均处于正常范围时，依次进行相...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵生传，张婷婷，杨立超，任杰，雍军，许玮，慕世友，石鑫，黄锐，傅孟潮，李建祥，赵金龙，李健，王振利，陈强，董旭，张岩，
申请(专利权)人：山东鲁能智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37