CN109648303B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
CN109648303B
CN109648303B CN201710932630.6A CN201710932630A CN109648303B CN 109648303 B CN109648303 B CN 109648303B CN 201710932630 A CN201710932630 A CN 201710932630A CN 109648303 B CN109648303 B CN 109648303B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mechanical arm
arm
bus
coordinate system
camera
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710932630.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109648303A (zh
Inventor
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
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China University of Geosciences
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Huangshi Power Supply Co of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Original Assignee
China University of Geosciences
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Huangshi Power Supply Co of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China University of Geosciences, State Grid Corp of China SGCC, Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd, Huangshi Power Supply Co of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd filed Critical China University of Geosciences
Priority to CN201710932630.6A priority Critical patent/CN109648303B/zh
Publication of CN109648303A publication Critical patent/CN109648303A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109648303B publication Critical patent/CN109648303B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P19/00—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes
    • B23P19/04—Machines for simply fitting together or separating metal parts or objects, or metal and non-metal parts, whether or not involving some deformation; Tools or devices therefor so far as not provided for in other classes for assembling or disassembling parts
    • B23P19/06—Screw or nut setting or loosening machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1687—Assembly, peg and hole, palletising, straight line, weaving pattern movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B25J9/1697—Vision controlled systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40005—Vision, analyse image at one station during manipulation at next station

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

本发明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。

Description

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
技术领域
本发明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。
背景技术
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***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***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***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，本发明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。
发明内容
本发明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。
本发明采用的技术方案是：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。
本发明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是本发明较佳实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例标定时的3种坐标系的示意图；
图3是本发明实施例的深度信息提取原理图；
图4是本发明实施例母线金具处的局部结构示意图；
图5是本发明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
下面结合附图对本发明进行进一步说明：
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从作业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，其末端执行器在作业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/卸电动螺丝机构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作业平台备料盒中；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装置实施其它操作；
第十步：回置母线；待人工操作完毕后，操作人员需要将已接地的软母线重置于软母线架上；
第十一步：等电位与三维重构；通过对斗臂车工作臂7的起升，调整工作斗的空间位置，直至待检修装置处于双机械臂的作业范围以内；重复执行第二步所述的等电位操作；由于工作斗的空间绝对位置相对于上一次操作的所处位置会出现变化，因此重复执行第三步所述的三维扫描操作；
第十二步：抓持软母线；从动机械臂2按已规划的运动路径运动到工作斗的专用软母线架附近，抓持软母线；
第十三步：对准金具11；该工序可分为两个阶段，即粗调阶段与精调解阶段；首先执行粗调阶段，利用第十一步中产生的待检测装置三维扫描结果，计算从动机械臂2与金具11的相对坐标，规划从动机械臂的运动路径，使之末端执行器快速移动到待装配的母线金具11附近；在粗调阶段结束后，自动执行精调阶段；此时，从动机械臂上的双目摄像头动态搜寻并定位金具11上的4个螺孔，通过在运动过程中的图像处理，反复修正从动机械臂2末端执行器的空间位姿，最终确保软母线母线端子螺孔与金具11下螺孔的精确配合；
第十四步：锁螺丝；主动机械臂1从初始位姿开始运动，在作业平台上专用的备料盒中夹持专用的锁/卸电动螺丝机构5自动装配新的螺栓和螺母后，开始执行后续操作；将后续过程主要分为两个阶段，即粗调阶段与精调阶段，且每次仅装配一个螺丝；首先执行粗调阶段，利用第十一步中产生的待检测装置三维扫描结果，计算主动机械臂与金具11的相对坐标，在考虑当前从动机械臂空间位姿及其他电器设备空间位姿的前提下，规划主动机械臂的运动路径，使之末端执行器快速移动到母线金具11附近；粗调阶段结束后，自动执行精调阶段；此时，主动机械臂1上的双目摄像头动态搜寻并定位金具11上的螺孔，通过在运动过程中的图像处理，反复修正主动机械臂末端执行器的空间位姿，并缓缓对准母线金具11螺孔，直至对金具11上的螺孔准确定位并***；利用主动机械臂1末端的锁/卸电动螺丝机构5锁金具11上的螺丝，金具11上的其它三个螺丝的装配过程可类比上述过程；
第十五步：结束等电位；同第六步；
第十六步：结束；重复执行第十一步和第十五步操作,以此完成三相管母线中其它两个装置的安装工作；待所有检修工作完毕后，通过对斗臂车工作臂7的降下操作，使得工作斗收回，并将绝缘斗臂车驶出变电站，结束检修。
所述第四步、第五步、第十三步、第十四步中的精调阶段之前首先需要对摄像头进行标定，标定过程涉及3种坐标系(见图2)，分别是世界坐标系(Xw,Yw,Zw)，图像坐标系(u，O0，v)和摄像机坐标系系(x，y，z)，三种坐标系间的关系如图5所示，世界坐标系是摄像机坐标系的位置参考，当进行双目立体标定时，左摄像头光心与世界坐标系原点重合(当摄像机实际正对金具时的左边的摄像头为左摄像头，右边的摄像头为右摄像头)，图像坐标系分为像素坐标系(u，O0，v)，和物理坐标系(X，O1，Y)，二者坐标系原点不同，摄像机坐标与世界坐标之间可以用式(1)来描述；
Figure GDA0002849451440000081
其中[Xw,Yw,Zw,1]为世界坐标系下P点的齐次坐标，[x,y,z,1]为摄像机坐标系下P的齐次坐标；
R为从摄像机坐标到世界坐标的3*3旋转矩阵，T为从摄像机坐标到世界坐标的3*1平移矩阵，具体R、T的可表示为：
Figure GDA0002849451440000082
Figure GDA0002849451440000083
其中，α，β，γ为三轴旋转角度，x0，y0，z0为三轴平移量；
摄像机坐标系中的P点物理坐标系表示如式(4)所示；
X＝fx/z，Y＝fy/z (4)
其中X，Y为图像坐标系下，P点的物理坐标；f为摄像机的焦距；x，y，z为摄像机坐标系下P点的坐标；
像素坐标系和物理坐标系间关系如式(5)所示；
V＝v0+Y/dY，u＝u0+X/dX (5)
(u,v)为像素坐标系坐标，(u0,v0)为相机主点坐标，
Figure GDA0002849451440000091
分别为每个像素在X，Y轴方向的尺寸；
因此，整理式(3)、式(4)和式(5)可得世界坐标系和图像坐标系的关系表达为式(6)：
Figure GDA0002849451440000092
fx、fy是分别为f在X、Y轴方向的等效分量
Figure GDA0002849451440000093
化简式(1.4)，像素坐标系与世界坐标系的关系如式(7)所示；
Figure GDA0002849451440000094
M1为内参数矩阵，涉及相机焦距和主点坐标等；M2为外参数矩阵，涉及旋转矩阵R和平移矩阵T；R为3x3的矩阵，包含3个欧拉角α，β，γ；T为3x1的矩阵，表示在x、y、z轴三个方向上2个摄像机光心间的平移量，包含x。、y。、z。三个分量。
摄像机标定完毕后，通过一系列的图像处理技术，可以提取出机器人末端相对于母线金具的位姿，即深度信息。深度信息提取原理图如图3所示，
由图3可以得到几何关系如下。
Figure GDA0002849451440000101
由式(8)式可得
Figure GDA0002849451440000102
式(9)中T是2个摄像机光心之间的距离，与定标棋盘格的实际尺寸和用户输入值有关，量纲一般为mm，计算时直接使用摄像机立体标定中外参数Tx；f准确来说应写成
Figure GDA0002849451440000103
量纲是像素点，可以通过摄像头标定获得；所以通过立体匹配得到2幅图像上匹配点的x轴坐标，进而求得视差d＝xI-xr，xI和xr均处于像素坐标系，因此，d的量纲与f相同，约分后Z与T量纲相同，即可求出深度距离Z。
两个相机在同一时刻对P(x，y，z)成像，左右图像坐标分别为Pl(xI，yI)，Pr(xr，yr)，假设两相机成像平面处于同一平面，且左右图像上两个特征点P满足yI＝yr，则令yI＝yr＝Y，由几何关系可得式(10)。
Figure GDA0002849451440000104
根据(10)可得，P在左立体相机坐标系下的三维坐标满足式(11)。
Figure GDA0002849451440000105
立体标定时左摄像头光心与世界坐标系原点重合。因此，式(11)表示P的世界坐标。
由此，通过双目摄像头完成对母线金具的精确定位。
操作人员在作业过程中，只在远端监控站起到监视或者辅助干预启停的作用，从而避免了由操作人员的操作失误所带来的安全问题或者经济损失，同时也大大减轻了操作人员的劳动强度，从根本上保障了操作人员的人身安全。
本发明的实质是利用机器人完全替代人进行带电作业，人在其中起到监视或辅助干预的作用。操作人员在作业过程中，只在远端监控站起到监视或者辅助干预启停的作用，从而避免了由操作人员的操作失误所带来的安全问题或者经济损失，同时也大大减轻了操作人员的劳动强度，从根本上保障了操作人员的人身安全。
其次，本发明中利用三维扫描仪进行三维重构，首先扫描变电站现场大部分设备，建立其三维模型，并针对重要几何体进行标识，初步规划机器人安全工作空间；其次机器人在安全工作区域内，利用其端部安装的双目摄像头，针对母线金具及软母线进行精确视觉定位，解析出目标点位姿。两次定位，确保机器人能准确、高效执行作业。
最后，为了尽可能减少电磁干扰对信息传输带来的影响，本发明中减少了机器人数量，并利用机器人末端的锁/卸电动螺丝机构，完成单臂对母线金具螺丝的锁卸，这样做更加利于视觉定位，同时也提高了同轴度，使得螺丝装配与拆卸更加方便快捷。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的结构关系及原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种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)从作业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，其末端执行器在作业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/卸电动螺丝机构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作业平台备料盒中；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装置实施其它操作；
第十步：回置母线；待人工操作完毕后，操作人员需要将已接地的软母线重置于软母线架上；
第十一步：等电位与三维重构；通过对斗臂车工作臂(7)的起升，调整工作斗的空间位置，直至待检修装置处于双机械臂的作业范围以内；重复执行第二步所述的等电位操作；由于工作斗的空间绝对位置相对于上一次操作的所处位置会出现变化，因此重复执行第三步所述的三维扫描操作；
第十二步：抓持软母线；从动机械臂(2)按已规划的运动路径运动到工作斗的专用软母线架附近，抓持软母线；
第十三步：对准金具(11)；该工序可分为两个阶段，即粗调阶段与精调解阶段；首先执行粗调阶段，利用第十一步中产生的待检测装置三维扫描结果，计算从动机械臂(2)与金具(11)的相对坐标，规划从动机械臂的运动路径，使之末端执行器快速移动到待装配的母线金具(11)附近；在粗调阶段结束后，自动执行精调阶段；此时，从动机械臂上的双目摄像头动态搜寻并定位金具(11)上的4个螺孔，通过在运动过程中的图像处理，反复修正从动机械臂(2)末端执行器的空间位姿，最终确保软母线母线端子螺孔与金具(11)下螺孔的精确配合；
第十四步：锁螺丝；主动机械臂(1)从初始位姿开始运动，在作业平台上专用的备料盒中夹持专用的锁/卸电动螺丝机构(5)自动装配新的螺栓和螺母后，开始执行后续操作；将后续过程主要分为两个阶段，即粗调阶段与精调阶段，且每次仅装配一个螺丝；首先执行粗调阶段，利用第十一步中产生的待检测装置三维扫描结果，计算主动机械臂与金具(11)的相对坐标，在考虑当前从动机械臂空间位姿及其他电器设备空间位姿的前提下，规划主动机械臂的运动路径，使之末端执行器快速移动到母线金具(11)附近；粗调阶段结束后，自动执行精调阶段；此时，主动机械臂(1)上的双目摄像头动态搜寻并定位金具(11)上的螺孔，通过在运动过程中的图像处理，反复修正主动机械臂末端执行器的空间位姿，并缓缓对准母线金具(11)螺孔，直至对金具(11)上的螺孔准确定位并***；利用主动机械臂(1)末端的锁/卸电动螺丝机构(5)锁金具(11)上的螺丝，金具(11)上的其它三个螺丝的装配过程可类比上述过程；
第十五步：结束等电位；同第六步；
第十六步：结束；重复执行第十一步和第十五步操作,以此完成三相管母线中其它两个装置的安装工作；待所有检修工作完毕后，通过对斗臂车工作臂(7)的降下操作，使得工作斗收回，并将绝缘斗臂车驶出变电站，结束检修；
上述装置所使用的锁卸设备，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：所述第四步、第五步、第十三步、第十四步中的精调阶段之前首先需要对摄像头进行标定，标定过程涉及3种坐标系，分别是世界坐标系(Xw,Yw,Zw)，图像坐标系(u，O0，v)和摄像机坐标系系(x，y，z)，世界坐标系是摄像机坐标系的位置参考，当进行双目立体标定时，左摄像头光心与世界坐标系原点重合，图像坐标系分为像素坐标系(u，O0，v)，和物理坐标系(X，O1，Y)，二者坐标系原点不同，摄像机坐标与世界坐标之间可以用式(1)来描述；
Figure FDA0002849451430000051
其中[Xw,Yw,Zw,1]为世界坐标系下P点的齐次坐标，[x,y,z,1]为摄像机坐标系下P的齐次坐标；
R为从摄像机坐标到世界坐标的3*3旋转矩阵，T为从摄像机坐标到世界坐标的3*1平移矩阵，具体R、T的可表示为：
Figure FDA0002849451430000061
Figure FDA0002849451430000062
其中，α，β，γ为三轴旋转角度，x0，y0，z0为三轴平移量；
摄像机坐标系中的P点物理坐标系表示如式(4)所示；
X＝fx/z，Y＝fy/z (4)
其中X，Y为图像坐标系下，P点的物理坐标；f为摄像机的焦距；x，y，z为摄像机坐标系下P点的坐标；
像素坐标系和物理坐标系间关系如式(5)所示；
v＝v0+Y/dY，u＝u0+X/dX (5)
(u,v)为像素坐标系坐标，(u0,v0)为相机主点坐标，
Figure FDA0002849451430000066
分别为每个像素在X，Y轴方向的尺寸；
因此，整理式(3)、式(4)和式(5)可得世界坐标系和图像坐标系的关系表达为式(6)：
Figure FDA0002849451430000063
fx、fy是分别为f在X、Y轴方向的等效分量
Figure FDA0002849451430000064
化简式(6)，像素坐标系与世界坐标系的关系如式(7)所示；
Figure FDA0002849451430000065
M1为内参数矩阵，涉及相机焦距和主点坐标等；M2为外参数矩阵，涉及旋转矩阵R和平移矩阵T；R为3x3的矩阵，包含3个欧拉角α，β，γ；T为3x1的矩阵，表示在x、y、z轴三个方向上2个摄像机光心间的平移量，包含x。、y。、z。三个分量。
CN201710932630.6A 2017-10-10 2017-10-10 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 Active CN109648303B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710932630.6A CN109648303B (zh) 2017-10-10 2017-10-10 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710932630.6A CN109648303B (zh) 2017-10-10 2017-10-10 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109648303A CN109648303A (zh) 2019-04-19
CN109648303B true CN109648303B (zh) 2021-03-12

Family

ID=66108519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710932630.6A Active CN109648303B (zh) 2017-10-10 2017-10-10 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109648303B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110165603B (zh) * 2019-05-17 2020-10-02 四川达曼正特科技有限公司 一种带电作业安装高压线t型线夹的装置
CN110112675B (zh) * 2019-05-17 2020-10-27 四川达曼正特科技有限公司 一种带电作业拆卸高压线t型线夹的装置
US11855423B2 (en) 2019-05-17 2023-12-26 Chengdu University Of Information Technology Apparatus for dismounting and mounting high-voltage line T-connector in hot-line operation
CN110116976A (zh) * 2019-06-13 2019-08-13 中建七局安装工程有限公司 一种自动化高空作业的机械臂平台
CN110450148A (zh) * 2019-09-03 2019-11-15 亿嘉和科技股份有限公司 一种实现工具自动换接的室外带电作业机器人机械臂

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106602470A (zh) * 2016-11-01 2017-04-26 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种输电线路螺栓紧固机器人及其控制方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4005639B2 (ja) * 1996-10-18 2007-11-07 株式会社安川電機 活線作業用ロボット車
CN102441895B (zh) * 2011-10-09 2014-04-02 山西省电力公司长治供电分公司 一种高压带电作业机械臂专用绝缘护套
CN102601782B (zh) * 2012-04-01 2014-08-27 山东电力研究院 高压带电作业机器人装置
CN102615637B (zh) * 2012-04-01 2014-08-27 山东电力研究院 一种高压带电作业主从控制机器人作业平台
CN103085084B (zh) * 2013-01-29 2015-03-04 山东电力集团公司电力科学研究院 一种用于高压带电作业机器人的视觉***及工作方法
CN105058032B (zh) * 2015-06-29 2017-04-26 国家电网公司 架空高压输电线路耐张线夹引流板螺栓紧固机器人
CN105390991B (zh) * 2015-12-22 2018-08-03 广东科凯达智能机器人有限公司 一种输电线路螺栓紧固机器人及位姿控制方法
CN106182010A (zh) * 2016-08-18 2016-12-07 上海交通大学 智能变电站金具拆装自动作业机器人及其使用方法
CN106378777A (zh) * 2016-12-02 2017-02-08 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种模块化构型的等电位带电作业机器人
CN106493708B (zh) * 2016-12-09 2019-09-27 南京理工大学 一种基于双机械臂和辅助臂的带电作业机器人控制***
CN206510017U (zh) * 2016-12-09 2017-09-22 南京理工大学 一种带电作业机器人

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106602470A (zh) * 2016-11-01 2017-04-26 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种输电线路螺栓紧固机器人及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109648303A (zh) 2019-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109648303B (zh) 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
CN107650124A (zh) 一种高压带电作业机器人高空作业平台及其卸载金具螺丝的方法
CN111463637A (zh) 配网带电搭接引线作业流程方法
WO2018108099A1 (zh) 一种带电作业机器人的多级绝缘防护***
CN107765145B (zh) 一种局部放电自动检测装置、***及方法
CN205497507U (zh) 机械手夹具快换装置
CN109176534B (zh) 一种机器人多摄像机实时融合***及方法
CN103111996B (zh) 变电站带电作业机器人绝缘防护***
CN110466760A (zh) 一种电力巡检无人机用辅助机械臂及其控制***
CN110978004A (zh) 一种自主配网带电作业机器人、***及方法
CN106595762B (zh) 一种带电作业机器人耐张绝缘子检测方法
CN109816774B (zh) 一种基于无人机的三维重建***及三维重建方法
CN105390991A (zh) 一种输电线路螺栓紧固机器人及位姿控制方法
CN205319613U (zh) 一种输电线路螺栓紧固机器人
CN108802040A (zh) 一种用于起重机表面缺陷检测的无人机装置及检测方法
CN207696530U (zh) 一种高压带电作业机器人高空作业平台
CN107578442A (zh) 一种中心定位找正方法及***
CN113246787A (zh) 一种新能源汽车电池定位方法及装置
CN116673944A (zh) 一种带电作业机器人双臂协同工作方法
CN109301752A (zh) 一种带电作业机器人金属氧化物避雷器更换方法
CN113702995B (zh) 一种用于辅助挂放接地线作业的空间定位***
CN204882698U (zh) 一种具有高压架空线路高空验电功能的无人机器
CN105068139B (zh) 一种活塞冷却喷嘴安装状态的检测工艺
CN206804544U (zh) 一种用于起重机表面缺陷检测的无人机装置
CN110296656B (zh) 基于机器视觉的开关柜自动倒闸装置及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant