一种人机协同自适应配网带电作业机器人系统及作业方法技术方案

本发明专利技术公开了一种人机协同自适应配网带电作业机器人系统及作业方法，该系统包含绝缘斗臂车

【技术实现步骤摘要】
一种人机协同自适应配网带电作业机器人系统及作业方法


[0001]本专利技术属于特种电力机器人
，具体涉及一种人机协同自适应配网带电作业机器人系统及作业方法
。

技术介绍

[0002]随着社会对供电持续可靠性要求的不断提高，配网带电作业量随之增长，高压带电作业项目主要包括带电拆引线
、
带电接引线
、
更换绝缘子
、
更换避雷器
、
装拆线路故障指示器
、
异物清理及更换跌落保险等
。
针对高压配网带电作业的危险性高
、
劳动强度大
、
作业效率低
、
无法全天候作业
、
绝缘负荷重等问题，
1984
年，九州电力株式会社和安川机器人公司开始研制带电作业机器人，目前已迭代升级三代产品，实际使用超过
180
台机器人
。
所研制的
Phase II
带电作业机器人系统具有机器视觉系统
、
自动换工具装置
、
人机交互界面等功能，操作者位于地面的控制室中，通过主从控制的方式完成带电作业，提高了工作效率和带电作业人员的安全性，杜绝了人为误操作造成的重大事故，但系统自动化水平较低
、
灵活性较差，无法满足灵巧
、
狭小作业任务要求
。
随后西班牙
ROBTET、
魁北克水电公司均推出了自主研发的带电作业机器人系统，通过主从控制方式操作机械臂，工作效率大约是人工作业效率的
70
％，为提高作业效率操作人员还佩戴立体眼镜增强现场感
。
国网山东省电力公司电力科学研究院鲁守银等
(
李健
,
鲁守银
,
王振利
,
赵玉良
.220kV
变电站带电作业机器人的研制
[J].
制造业自动化
,2013,35(17):76
‑
79.)
基于传统工业机器人
、
液压机械臂设计了多款带电作业机器人系统，其研发的第四代带电作业机器人系统集成的两台六自由度工业机械臂带力反馈功能，通过主从控制与视觉自主控制结合完成带电作业任务
。
而适应于配网带电作业机器人的专用电力金具较少，一些复杂的配网带电作业不能开展
。
国网湖南省电力有限公严宇等
(
严宇，雷云飞，周展帆，刘卫东，潘志敏，牛捷，毛文奇，孙杨
.
一种配网带电断
、
接引流线的作业机器人系统
[P].
中国：
CN210838698U
，
2020
‑
06
‑
23.)
采用与国网山东省电力公司第四代带电作业机器人系统相同技术方案，公开了一种配网带电断
、
接引流线的作业机器人系统，作业平台包括控制箱和安装于其侧壁的抓取机械手
、
剥皮机械手和安装机械手
。
基于六自由度协作机器人，严宇等
(
严宇，雷云飞，周展帆，刘卫东，潘志敏，牛捷，毛文奇，孙杨
.
一种配网带电断
、
接引流线的作业机器人系统及作业方法
[P].
中国：
CN110601079A
，
2019
‑
12
‑
20.)、
国网湖北省电力有限公司电力科学研究院简旭等
(
简旭，李劲彬，汪涛，陈隽，陈鑫，贺文朋，梅义胜，吴传奇，文雅钦，孙双学，李胜祖，彭欣，朱啸林，吴鑫，张亮
.
用于狭小复杂工况的带电作业机器人接引线系统及其作业方法
[P].
中国：
CN114614318A
，
2022
‑
06
‑
10.)
分别公开了一种带电作业机器人系统，作业平台上侧壁安装有两台六自由度协作机器人，但仅能完成剥皮
、
剪短等轻负载作业
。
[0003]虽然配网带电作业机器人系统解决了人工作业存在的部分问题，使操作人员脱离了高压
、
高电磁和高空作业环境，但由于智能化
、
自动化程度较低，主从控制方式存在自主性
、
临场感差，操作人员无法感知机器人作业过程中的接触力或碰撞力，导致带电作业时间与人工相当，甚至低于人工作业时间，机器人作业经济性是一个非常大的问题，操控智能
化
、
工具专用化和作业标准化是配网带电作业机器人系统未来发展的主要趋势
。
[0004]综上所述，配网带电作业受线路架构
、
安全距离等环境条件限制，作业空间狭窄且作业任务精细复杂，现有配网带电作业机器人系统在灵巧性
、
操控性和柔顺性等方面都无法满足作业要求，智能性
、
自主性有待提升
。
亟需通过集成协作机器人
、
多传感器
、
智能控制方法等技术提高机器人系统的智能性
、
自主性
、
易用性和友好性，使操作人员远离危险环境，保障人员安全，减轻操作人员劳动强度，提高带电作业工作效率
。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种人机协同自适应配网带电作业机器人系统及作业方法，通过协作机器人
、
视觉系统
、
环境感知传感器的集成解决传统作业机器人系统作业效率低，自动化
、
智能化程度低等缺点，提高配网带电作业机器人系统的易用性和友好性，实现高安全
、
高效率的高压配网带电作业；通过提出的并沟线夹满足配网带电作业机器人系统无人化作业流程和特点，解决传统并沟线夹无法适应机器人作业的缺点
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种人机协同自适应配网带电作业机器人系统包含绝缘斗臂车
、
配网带电作业平台
、
作业平台能源供给装置
、
系统监控平台
、
三维全景视觉辅助系统
、
电力金具；其中，配网带电作业平台
、
作业平台能源供给装置和系统监控平台安装在绝缘斗臂车上，绝缘斗臂车能够携带配网带电作业平台到达指定位置，完成配网带电作业；三维全景视觉辅助系统安装在配网带电作业平台上，能够实现作业平台的全局环境感知和作业平台的初始定位；系统监控平台与配网带电作业平台采用无线通信方式，实现带电作业的电磁兼容与绝缘防护；
[0008]所述系统监控平台包括监控平台箱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种人机协同自适应配网带电作业机器人系统，其特征在于，包含绝缘斗臂车
(1)、
配网带电作业平台
(2)、
作业平台能源供给装置
(3)、
系统监控平台
(4)、
三维全景视觉辅助系统
(5)
和电力金具
(6)
；其中，配网带电作业平台
(2)、
作业平台能源供给装置
(3)
和系统监控平台
(4)
安装在绝缘斗臂车
(1)
上，绝缘斗臂车
(1)
携带配网带电作业平台
(2)
到达指定位置，完成配网带电作业；三维全景视觉辅助系统
(5)
安装在配网带电作业平台
(2)
上，进行作业平台的全局环境感知和作业平台的初始定位；系统监控平台
(4)
与配网带电作业平台
(2)
采用无线通信方式，实现带电作业的电磁兼容与绝缘防护；所述系统监控平台
(4)
包括监控平台箱体
(401)、
监控操作台
(402)
和监控平台能源箱
(403)
；监控操作台
(402)
安装在监控平台箱体
(401)
内，监控平台能源箱
(403)
安装在监控平台箱体
(401)
一侧，为监控操作台
(402)
供电；监控操作台
(402)
安装有第一遥操作主手
(4021)
和第二遥操作主手
(4022)
，监控操作台
(402)
集成工业计算机，用于配网带电作业机器人系统控制与监控
。2.
根据权利要求1所述的人机协同自适应配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述配网带电作业平台
(2)
包括协作机器人
(201)、
具有
T
型槽的
T
型槽平台
(202)、
局部视觉系统
(203)
和辅助提升系统，协作机器人
(201)
和辅助提升系统通过绝缘支撑机构
(503)
安装在
T
型槽平台
(202)
上，协作机器人
(201)
具有外力感知能力，通过柔顺控制功能实现物理时空约束下配网带电作业；局部视觉系统
(203)
通过绝缘支撑机构
(503)
与协作机器人
(201)
固连，进行手眼标定，辅助提升系统配合协作机器人
(201)
完成作业，所述绝缘支撑机构
(503)
安装在
T
型槽内，通过
T
型槽进行位置调节
。3.
根据权利要求2所述的人机协同自适应配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述外力感知能力依靠内嵌协作机器人
(201)
的力矩传感器实现，所述柔顺控制功能通过基于笛卡尔空间的导纳控制方法实现；导纳控制公式为：式中，
F
e
为机器人末端力矢量，
Δ
X
为位置修正量，
M
c
、B
c
、K
c
分别为导纳控制在笛卡尔空间的惯量
、
阻尼和刚度系数，机器人末端力矢量
F
e
＝
J
‑
T
τ
，其中
J
为机器人雅克比矩阵，
τ
为关节力矩矢量
。4.
根据权利要求1所述的人机协同自适应配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述作业平台能源供给装置
(3)
通过变压器向配网带电作业平台
(2)
上的设备供电，其安装有磷酸铁锂电池和标准化接口
。5.
根据权利要求1所述的人机协同自适应配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述三维全景视觉辅助系统
(5)
包括视觉云台
(501)
和立柱机构
(502)
，视觉云台
(501)
通过螺钉安装于立柱机构
(502)
，立柱机构
(502)
通过绝缘支撑机构
(503)
安装于
T
型槽平台
(202)
的
T
型槽上；所述三维全景视觉辅助系统
(5)
通过图像拼接
、
融合
、
图像增强
、
三维模型建立
、
纹理映射实现机器人系统作业环境的重构
。6.
根据权利要求1所述的人机协同自适应配网带电作业机器人系统，其特征在于，所述电力金具
(6)
包括金具放置机构
(601)、
绝缘支柱
(602)、
耐张线夹
(603)、
并沟线夹
(604)、<...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡明伟，孙宏伟，张成，金铭，赵昀，何博，刘汉鼎，王宏亮，周睿，
申请(专利权)人：中船重工信息科技有限公司江苏杰瑞科技集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：