CN109656153A - 一种水泥杆塔验电及接地线机器人控制*** - Google Patents

一种水泥杆塔验电及接地线机器人控制*** Download PDF

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刘爱华
王洪光
凌烈
于虹
常勇
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Electric Power Research Institute of Yunnan Power Grid Co Ltd
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Electric Power Research Institute of Yunnan Power Grid Co Ltd
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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Abstract

本发明涉及一种水泥杆塔验电及接地线机器人控制***，包括机器人控制器设置于机器人端，且与地面基站无线连接，采集机器人的状态信息和图像信息发送到地面基站；地面基站接收机器人的状态信息和图像信息，并向机器人控制器发送控制指令，通过机器人控制器控制机器人工作。本发明以嵌入式工控机为核心，通过数传实现地面基站和机器人之间的无线通讯，通过图传***实现地面基站和机器人之间的图像传输，人机界面上不仅能够直接读取机器人的状态信息，发送机器人的控制指令，实现了灵活控制、远程传输等，实现完成对线路验电及接地线作业任务，适用于输电线路环境下的机器人验电与接地线作业机构，应用范围广。

Description

一种水泥杆塔验电及接地线机器人控制***
技术领域
本发明涉及机器人控制领域，具体地说是一种水泥杆塔验电及接地线机器人控制***。
背景技术
停电、验电、装设接地线是电力施工、检修和维护中保证电力作业人员的安全技术措施。目前这些常规的电力作业安全措施均由人工完成，人工攀爬水泥杆塔作业，不仅耗时、耗力，而且具有危险性，另外，现场作业中多存在配网T接(主线路带电，T接出线停电)、交叉跨越等情况，作业人员人身安全、设备稳定运行无法保障。
停电、验电、装设接地线等电力施工过程中的作业主要采用人工作业方式，劳动强度大，危险性高。因此10kV水泥杆塔验电及接地线机器人研制对于提高效率，减轻人员劳动强度，确保输电线路的安全运行具有重要意义。现已设计出一种10kV水泥杆塔验电及接地线机器人，但目前还没有针对此机器人机构配备一套完备的控制***。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种水泥杆塔验电及接地线机器人控制***。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种水泥杆塔验电及接地线机器人控制***，包括机器人控制器设置于机器人端，且与地面基站无线连接，采集机器人的状态信息和图像信息发送到地面基站；地面基站接收机器人的状态信息和图像信息，并向机器人控制器发送控制指令，通过机器人控制器控制机器人工作。
所述机器人控制器包括：
目标信息采集模块，连接图像处理板，采集目标信息后发送到图像处理板；
图像处理板，一端通过RS485串口通信模块连接机器人端的嵌入式工控机，将采集到的目标信息发送到机器人端的嵌入式工控机；另一端连接无线图像传输***的发射端，将采集到的目标信息通过无线图像传输***的发射端发送到地面基站中无线图像传输***的接收端；
云台摄像机，一端通过RS485串口通信模块连接机器人端的嵌入式工控机，接收机器人端的嵌入式工控机发送的控制指令；另一端连接无线图像传输***的发射端，将图像信息通过无线图像传输***的发射端发送到地面基站中无线图像传输***的接收端；
***扩展模块，一端连接传感器，另一端连接机器人端的嵌入式工控机；
机器人端的数传电台，通过RS232串口通信模块连接机器人端的嵌入式工控机，接收地面基站发送的控制指令，并将机器人的状态信息反馈到地面基站；
机器人端的嵌入式工控机，通过伺服驱动器连接电机，控制伺服驱动器对机器人进行驱动。
所述目标信息采集模块包括工业相机和结构光发射器；其中
工业相机采集图像信息传输到图像处理板，通过图像处理板的解算得到机械臂末端相对于末端目标的相对位姿；
结构光发射器采集反射光的信息，并传输给图像处理板，通过图像处理板的解算得到机械臂末端相对于末端目标的相对位姿。
所述***扩展模块包括：
数字I/O模块，一端连接传感器，接收传感器发送的数字I/O信息，另一端连接机器人端的嵌入式工控机，将数字I/O信息发送到机器人端的嵌入式工控机；
AD采集模块，一端连接传感器，采集传感器的模拟量信息，另一端连接机器人端的嵌入式工控机，将模拟量信息发送到机器人端的嵌入式工控机。
所述地面基站包括：
地面基站端的数传电台，连接地面基站端的嵌入式工控机，接收机器人端的数传电台发送的机器人的状态信息，发送到地面基站端的嵌入式工控机；
无线图像传输***的接收端，通过图像采集卡连接地面基站端的嵌入式工控机，图像采集卡采集无线图像传输***的发送端发送的目标信息和图像信息，发送到面基站端的嵌入式工控机；
基站端的嵌入式工控机，连接人机界面，用于人机交互。
所述图像处理板为研华MIO-5272。
还包括电池***为机器人控制器和地面基站供电。
所述电池***包括：
电量监控模块，连接电池组，用于对电池电量进行监控；
开关电源，连接电池组，用于进行电压转换并输出。
所述传感器包括：电机电流传感器、电池电压采集传感器、零位开关传感器、极限位置传感器、倾角传感器和温湿度传感器。
所述机器人的状态信息包括：机器人状态信息、作业工具状态信息、传感器信息、电池电量信息以及报警信息。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明机器人控制***以嵌入式工控机为核心，通过数传实现地面基站和机器人之间的无线通讯，通过图传***实现地面基站和机器人之间的图像传输，人机界面上不仅能够直接读取机器人的状态信息，发送机器人的控制指令，实现了灵活控制、远程传输等，实现完成对线路验电及接地线作业任务；
2.本发明应用于10KV水泥杆塔验电及接地线机器人控制领域，简单灵活，具有使用价值；
3.本发明适用于输电线路环境下的机器人验电与接地线作业机构，应用范围广。
附图说明
图1是本发明的机器人控制器结构图；
图2是本发明的地面基站结构图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
机器人控制器设置于机器人上，且与地面基站无线连接，采集机器人的状态信息和图像信息发送到地面基站，地面基站接收机器人的状态信息和图像信息，并向机器人控制器发送控制指令，通过机器人控制器控制机器人工作。
如图1所示为本发明的机器人控制器结构图。
机器人控制***包括嵌入式工控机及***扩展模块，数传电台、工业相机、结构光、图像处理板、云台摄像机、无线图像传输***、伺服驱动器、电池、开关电源及电量监控。其中嵌入式工控机是机器人控制***的核心，负责机器人的运动规划和控制算法的实现，通过***的扩展模块接收机器人的状态信息。通过数传模块接收机器人的控制指令。
***扩展模块包括数字I/O模块、AD采集模块和485通讯模块，其中数字I/O模块用于控制机器人传感器的I/O量，读取I/O输入值；AD采集模块用于模拟量信息的采集，485通讯模块接收图像处理板的处理信息及发送云台摄像机的控制指令。
数传连接嵌入式工控机的***模块，接收地面基站发送到控制指令，并将机器人的状态信息反馈至地面基站。
工业相机和结构光用于采集线路的目标信息，通过图像处理板的将图像的信息进行处理，得到机械臂相对于目标的位姿信息，实现对机械臂验电及接地线作业的引导。
云台摄像机控制端连接嵌入式工控机，接收嵌入式工控机发出的控制信号。云台摄像机的输出图像接入图传的发射端，将采集到的图像信息传送至地面基站。
无线图像传输***为可实现视频实时传输，***包括图像无线发射单元、图像无线接收单元，云台相机与图像无线发射单元连接，通过图像无线接收单元接收云台相机的图像，并通过液晶显示屏显示。
伺服驱动器用于直流电机的控制，实现机器人的爬行和机械臂运动控制。控制***采用电池供电方式，再通过开关电源将电压转换给各个子***供电，电量监控模块用于电池电量的监控指示。
如图2所示为本发明的地面基站结构图。
嵌入式工控机是地面基站的核心，负责机器人的控制指令的发送和状态信息的反馈，并可将机器人采集到的图像信息显示。
图传接收端将接收的图像信息传输给图像采集卡，通过图像采集卡将图像信息显示在人机界面，实现对机器人的监控；
数传接收机器人控制器发送的机器人状态信息，通过串口发动给嵌入式工控机，并将嵌入式工控机的控制指令送到机器人控制器；
人机界面是人与机器人之间传递、交换信息的接口，显示机器人的状态信息，图像信息以及发送操作者的控制指令。
所述机器人的状态信息包括：机器人状态信息、作业工具状态信息、传感器信息以、电池电量信息以及报警信息等。
地面基站采用电池供电，再通过开关电源将电压转换给各个子***供电，电量监控模块用于电池电量的监控指示。

Claims (9)

1.一种水泥杆塔验电及接地线机器人控制***，其特征在于：包括机器人控制器设置于机器人端，且与地面基站无线连接，采集机器人的状态信息和图像信息发送到地面基站；地面基站接收机器人的状态信息和图像信息，并向机器人控制器发送控制指令，通过机器人控制器控制机器人工作。
2.根据权利要求1所述的水泥杆塔验电及接地线机器人控制***，其特征在于：所述机器人控制器包括：
目标信息采集模块，连接图像处理板，采集目标信息后发送到图像处理板；
图像处理板，一端通过RS485串口通信模块连接机器人端的嵌入式工控机，将采集到的目标信息发送到机器人端的嵌入式工控机；另一端连接无线图像传输***的发射端，将采集到的目标信息通过无线图像传输***的发射端发送到地面基站中无线图像传输***的接收端；
云台摄像机，一端通过RS485串口通信模块连接机器人端的嵌入式工控机，接收机器人端的嵌入式工控机发送的控制指令；另一端连接无线图像传输***的发射端，将图像信息通过无线图像传输***的发射端发送到地面基站中无线图像传输***的接收端；
***扩展模块，一端连接传感器，另一端连接机器人端的嵌入式工控机；
机器人端的数传电台，通过RS232串口通信模块连接机器人端的嵌入式工控机，接收地面基站发送的控制指令，并将机器人的状态信息反馈到地面基站；
机器人端的嵌入式工控机，通过伺服驱动器连接电机，控制伺服驱动器对机器人进行驱动。
3.根据权利要求2所述的水泥杆塔验电及接地线机器人控制***，其特征在于：所述目标信息采集模块包括工业相机和结构光发射器；其中
工业相机采集图像信息传输到图像处理板，通过图像处理板的解算得到机械臂末端相对于末端目标的相对位姿；
结构光发射器采集反射光的信息，并传输给图像处理板，通过图像处理板的解算得到机械臂末端相对于末端目标的相对位姿。
4.根据权利要求1所述的水泥杆塔验电及接地线机器人控制***，其特征在于：所述***扩展模块包括：
数字I/O模块，一端连接传感器，接收传感器发送的数字I/O信息，另一端连接机器人端的嵌入式工控机，将数字I/O信息发送到机器人端的嵌入式工控机；
AD采集模块，一端连接传感器，采集传感器的模拟量信息，另一端连接机器人端的嵌入式工控机，将模拟量信息发送到机器人端的嵌入式工控机。
5.根据权利要求1或2所述的水泥杆塔验电及接地线机器人控制***，其特征在于：所述地面基站包括：
地面基站端的数传电台，连接地面基站端的嵌入式工控机，接收机器人端的数传电台发送的机器人的状态信息，发送到地面基站端的嵌入式工控机；
无线图像传输***的接收端，通过图像采集卡连接地面基站端的嵌入式工控机，图像采集卡采集无线图像传输***的发送端发送的目标信息和图像信息，发送到面基站端的嵌入式工控机；
基站端的嵌入式工控机，连接人机界面，用于人机交互。
6.根据权利要求1或2所述的水泥杆塔验电及接地线机器人控制***，其特征在于：还包括电池***为机器人控制器和地面基站供电。
7.根据权利要求6所述的水泥杆塔验电及接地线机器人控制***，其特征在于：所述电池***包括：
电量监控模块，连接电池组，用于对电池电量进行监控；
开关电源，连接电池组，用于进行电压转换并输出。
8.根据权利要求2或4所述的水泥杆塔验电及接地线机器人控制***，其特征在于：所述传感器包括：电机电流传感器、电池电压采集传感器、零位开关传感器、极限位置传感器、倾角传感器和温湿度传感器。
9.根据权利要求1或2所述的水泥杆塔验电及接地线机器人控制***，其特征在于：所述机器人的状态信息包括：机器人状态信息、作业工具状态信息、传感器信息、电池电量信息以及报警信息。
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