发明内容
本发明的目的是提供一种变电站巡检作业机器人控制***,作业的精准度高,提高了安全性以及工作效率。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种变电站巡检作业机器人控制***,包括:
动作模块;
三维场景构建模块,用于实时构建作业区域的三维场景;
动作状态传感模块,用于实时检测所述动作模块的动作状态;
控制模块,用于根据所述动作状态以及作业要求,控制所述动作模块在所述三维场景内进行作业。
优选地,该变电站巡检作业机器人控制***还包括:
倾角传感器,用于检测所述变电站巡检作业机器人控制***相对于地面的倾角;
则所述控制模块还用于根据所述倾角控制所述动作模块,以保证所述变电站巡检作业机器人控制***的平衡。
优选地,该变电站巡检作业机器人控制***还包括:
距离传感模块,用于检测所述变电站巡检作业机器人控制***距离周围物体的距离;
则所述控制模块还用于根据所述距离控制所述动作模块动作,以防止所述变电站巡检作业机器人控制***与周围物体碰撞。
优选地,所述动作模块包括:
机械臂机构,用于在所述控制模块的控制下执行作业;
底座,用于在所述控制模块的控制下动作,以便带动所述机械臂机构进行位置变化;
则所述距离传感模块包括:
第一超声波传感器,用于检测所述底座距离周围物体的距离,以便所述控制模块控制所述底座动作;
第二超声波传感器,用于检测所述机械臂机构距离周围物体的距离,以便所述控制模块控制所述机械臂机构动作。
优选地,该变电站巡检作业机器人控制***还包括:
电流检测模块,用于检测所述变电站巡检作业机器人控制***的对地电流;
则所述控制模块还用于在所述对地电流大于预设阈值时控制所述动作模块与变电设备分离。
优选地,所述电流检测模块为电流互感器。
优选地,所述三维场景构建模块包括:
激光扫描仪,用于实时采集所述作业区域的第一场景数据;
双目相机,用于实时采集所述作业区域的第二场景数据;
场景构建处理器,用于根据所述第一场景数据以及所述第二场景数据构建所述作业区域的三维场景。
优选地,所述控制模块采用机器人操作***ROS。
优选地,所述动作模块包括第一预设数目的机械臂、第一预设数目的机械臂关节;
则所述动作状态传感模块包括第一预设数目的关节传感模块,用于实时检测对应的所述机械臂关节的动作状态;
则所述控制模块包括:
第二预设数目的光纤网络转换器,用于将对应的所述关节传感模块检测到的所述动作状态进行电气隔离后传输至主处理器;
所述主处理器,根据所述动作状态以及所述作业要求,控制各个所述机械臂关节动作,以带动对应的所述机械臂在所述三维场景内进行作业。
优选地,第一预设数目的所述机械臂关节包括:
伸缩关节、俯仰关节以及旋转关节;
则第一预设数目的所述关节传感模块包括:
激光测距仪,用于实时检测所述伸缩关节的行程;
俯仰角位移传感器,用于实时检测所述俯仰关节的俯仰角度;
旋转角位移传感器,用于实时检测所述旋转关节的旋转角度。
本发明提供了一种变电站巡检作业机器人控制***,包括动作模块;三维场景构建模块,用于实时构建作业区域的三维场景;动作状态传感模块,用于实时检测动作模块的动作状态;控制模块,用于根据动作状态以及作业要求,控制动作模块在三维场景内进行作业。
可见,本发明中,动作状态传感模块能够实时地检测动作模块的动作状态,控制模块能够根据该动作状态以及相关作业要求,控制动作模块在三维场景构建模块构建的作业区域的三维场景内进行作业,在实时的三维场景以及实时的动作状态的支持下,控制模块可以控制动作模块精确地在三维场景内进行作业动作,误差较小,进而能够顺利且安全地进行作业,提高了安全性以及工作效率。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种变电站巡检作业机器人控制***,作业的精准度高,提高了安全性以及工作效率。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参考图1,图1为本发明提供的一种变电站巡检作业机器人控制***的结构示意图,包括:
动作模块1;
三维场景构建模块2,用于实时构建作业区域的三维场景;
动作状态传感模块3,用于实时检测动作模块1的动作状态;
控制模块4,用于根据动作状态以及作业要求,控制动作模块1在三维场景内进行作业。
具体的,考虑到上述背景技术中的技术问题,本发明实施例中,动作状态传感模块3可以实时检测动作模块1的动作状态,三维场景构建模块2可以实时构建作业区域的三维场景,在进行作业时,控制模块4根据动作状态以及作业要求,便可以控制动作模块1在三维场景内动作,动作状态的实时检测给控制模块4提供了一种反馈控制,有助于提高控制的精准度,且三维场景的构建以及实时地更新也有利于控制模块4控制动作模块1进行精确到位的控制,提高了变电站巡检作业机器人控制***作业的安全性以及工作效率。
具体的,动作模块1可以为进行作业的终端,可以看作工作人员的人手,而控制模块4可以看作工作人员的大脑,三维场景构建模块2则可以看作工作人员的眼睛,动作状态传感模块3则也可以看作工作人员的眼镜,此种情况下,当控制模块4根据眼睛看到的工作区域的三维场景,且根据眼睛看到的手臂以及手指的动作状态,便可以控制手臂以及手指进行精准地作业动作,准确度较高,保证了作业顺利安全地进行,提高了安全性以及工作效率。
其中,控制模块4根据动作状态以及作业要求控制动作模块1在三维场景内作业的一种具体场景可以为:控制模块4首先通过动作状态传感模块3获知动作模块1目前的动作状态为完全收缩,且在三维场景中判断得到机械手距离作业区域中的变电设备还有一米的距离,此时控制模块4便可控制动作模块1开始展开并靠近该变电设备,在此过程中,三维场景不断更新,机械手以及机械臂11与变电设备的位置关系也就不断变化着,控制模块4在此过程中能够根据机械手以及机械臂11实时的动作状态进行精准地控制,最终控制机械手以及机械臂11到达指定的位置并执行相应的动作,以便完成作业,控制的精准度较高。
当然,除了上述列举的实际的工作场景外,工作场景还可以有其他很多种,本发明实施例在此不做限定。
具体的,本发明实施例中的控制模块4可以根据自身存储的程序进行作业控制,程序中即包括上述的作业要求,当然,除此之外,变电站检修机器人还可以包括外部控制模块4,例如遥控器、人机交互模块或者上位机等,工作人员可以通过外部控制模块4对变电站检修机器人进行主动控制,在安全的前提下能够进一步提高作业精准度,提高了工作效率,还可以实现远程操控,提高了便捷度。
另外,本发明实施例中的变电站巡检作业机器人控制***可以为多种类型,例如可以为敞开式变电站巡检作业机器人控制***等,本发明实施例在此不做限定。
另外,本发明实施例中的变电站巡检作业机器人控制***可以完成多种作业内容,例如可以为带电清扫、干冰清洗或者异物清除等,本发明实施例在此不做限定。
本发明提供了一种变电站巡检作业机器人控制***,包括动作模块;三维场景构建模块,用于实时构建作业区域的三维场景;动作状态传感模块,用于实时检测动作模块的动作状态;控制模块,用于根据动作状态以及作业要求,控制动作模块在三维场景内进行作业。
可见,本发明中,动作状态传感模块能够实时地检测动作模块的动作状态,控制模块能够根据该动作状态以及相关作业要求,控制动作模块在三维场景构建模块构建的作业区域的三维场景内进行作业,在实时的三维场景以及实时的动作状态的支持下,控制模块可以控制动作模块精确地在三维场景内进行作业动作,误差较小,进而能够顺利且安全地进行作业,提高了安全性以及工作效率。
在上述实施例的基础上:
作为一种优选的实施例,该变电站巡检作业机器人控制***还包括:
倾角传感器5,用于检测变电站巡检作业机器人控制***相对于地面的倾角;
则控制模块4还用于根据倾角控制动作模块1,以保证变电站巡检作业机器人控制***的平衡。
具体的,考虑到动作模块1在控制模块4的控制下进行动作的过程中会带动变电站巡检作业机器人控制***重心的变化,有时会产生一些倾斜甚至侧翻的情况,本发明实施例中,倾角传感器5可以检测变电站巡检作业机器人控制***相对于地面的倾角,此种情况下控制器可以根据该倾角来控制动作模块1,以保证变电站巡检作业机器人控制***的平衡,保证了变电站巡检作业机器人控制***不会侧翻,提高了安全性,防止机器人损坏,降低了成本,提高了工作效率。
其中,根据倾角控制动作模块1的类型可以有很多种,例如在倾角大于预设阈值时控制动作模块1停止动作并告知工作人员该情况,或者在倾角大于预设阈值时控制动作模块1根据该倾角进行动作,以减小该倾角,使变电站巡检作业机器人控制***保持平衡。
其中,倾角传感模块可以有很多种类型,本发明实施例在此不做限定。
其中,倾角传感模块可以安装于变电站巡检作业机器人控制***的多个位置,可以根据实际情况进行设置,当然也可以设置多个倾角传感模块以期望获得更准确的数据,进一步提高了变电站巡检作业机器人控制***的安全性。
作为一种优选的实施例,该变电站巡检作业机器人控制***还包括:
距离传感模块6,用于检测变电站巡检作业机器人控制***距离周围物体的距离;
则控制模块4还用于根据距离控制动作模块1动作,以防止变电站巡检作业机器人控制***与周围物体碰撞。
具体的,考虑到在实际运行过程中,变电站巡检作业机器人控制***可能会与周围物体发生碰撞,本发明实施例中,距离传感模块6可以实时检测变电站巡检作业机器人控制***距离周围物体的距离,此种情况下,控制模块4就可以根据距离控制动作模块1动作,以防止变电站巡检作业机器人控制***与周围物体发生碰撞并产生意外,造成财产损失或者人员伤害,进一步地提高了变电站巡检作业机器人控制***的安全性。
具体的,本发明实施例中的一种具体应用实例可以为控制模块4在距离减小到预设阈值时控制动作模块1停止动作或者控制动作模块1向距离较远的另一个方向运动等,本发明实施例在此不做限定。
其中,可以设置多个距离传感模块6以检测变电站巡检作业机器人控制***在多个方向上与周围物体的距离,进一步提高变电站巡检作业机器人控制***的安全性。
其中,距离传感模块6可以为多种类型,本发明实施例在此不做限定。
作为一种优选的实施例,动作模块1包括:
机械臂机构,用于在控制模块4的控制下执行作业;
底座,用于在控制模块4的控制下动作,以便带动机械臂机构进行位置变化;
则距离传感模块6包括:
第一超声波传感器,用于检测底座距离周围物体的距离,以便控制模块4控制底座动作;
第二超声波传感器,用于检测机械臂机构距离周围物体的距离,以便控制模块4控制机械臂机构动作。
具体的,动作模块1可以包括机械臂机构以及底座,底座起到了带动机械臂机构进行位置变化的作用,例如带动机械臂机构在地面上进行位置变换或者通过旋转带动机械臂机构进行方向上的变化等,而机械臂机构则可以通过伸缩或者俯仰等动作进行形态变换,以便进行作业,灵活性较高,自动化程度较高。
其中,第一超声波传感器可以检测底座距离周围物体的距离,第二超声波传感器可以检测机械臂机构距离周围物体的距离,而控制模块4在接收到第一超声波传感器以及第二超声波传感器传输的距离信息后,便可以控制动作模块1相应部分的动作,以防止发生碰撞,产生经济或者人体损害,进一步地提高了安全性。
其中,超声波传感器具有结构简单、精准度高以及价格低廉等优点。
当然,除了超声波传感器外,距离传感模块6还可以为其他类型,本发明实施例在此不做限定。
当然,还可以设置更多的超声波传感器来实现各个方向以及各个部位的防碰撞,本发明实施例在此不做限定。
另外,除了本发明实施例列举的动作模块1的具体类型,动作模块1还可以为其他类型,本发明实施例在此不做限定。
作为一种优选的实施例,该变电站巡检作业机器人控制***还包括:
电流检测模块7,用于检测变电站巡检作业机器人控制***的对地电流;
则控制模块4还用于在对地电流大于预设阈值时控制动作模块1与变电设备分离。
具体的,变电站巡检作业机器人控制***在工作过程中需要接触高压电,因此需要保证自身不通过大电流,以防止对相关部件造成损坏,本发明实施例中电流检测模块7可以检测变电站巡检作业机器人控制***的对地电流,当对地电流达到预设阈值时则可以控制动作模块1与变电设备分离,此种情况下,便避免了变电站巡检作业机器人控制***经过较大的电流,保证了变电站巡检作业机器人控制***上的相关部件不会被损坏,进一步地提高了变电站巡检作业机器人控制***的安全性,提高了工作效率,降低了成本。
其中,在控制模块4控制动作模块1与变电设备分离时,还可以告知工作人员,工作人员在发现险情后,便可以迅速地对变电站巡检作业机器人控制***进行检查,防止意外损坏或者控制模块4没有成功控制两者分离等,进一步地提高了安全性。
其中,预设阈值可以根据实际情况进行自主设定,本发明实施例在此不做限定。
作为一种优选的实施例,电流检测模块7为电流互感器。
具体的,电流互感器具有结构简单、测量准确以及价格低廉等优点。
当然,除了电流互感器外,电流检测模块7还可以为其他类型,本发明实施例在此不做限定。
作为一种优选的实施例,三维场景构建模块2包括:
激光扫描仪21,用于实时采集作业区域的第一场景数据;
双目相机22,用于实时采集作业区域的第二场景数据;
场景构建处理器23,用于根据第一场景数据以及第二场景数据构建作业区域的三维场景。
具体的,激光扫描仪21可以获取作业区域的三维扫描图,而双目相机22可以获取作业区域的真实图像数据,场景构建处理器23可以根据这两种数据得到真实可靠的三维场景,其中,三维扫面图没有盲区,可以扫描到作业区域内变电设备的内部情况,而真实图像数据得到的图像真实性较高,提高了构建的三维场景的真实性,以激光扫描仪21以及双目相机22并经过场景构建处理器23得到的三维场景真实可靠,进一步地提高了变电站巡检作业机器人控制***工作的可靠性以及安全性。
其中,场景构建处理器23可以首先根据第一场景数据以及第二场景数据构建出三维场景,控制模块4也就无需构建三维场景,减小了控制模块4的工作量,以使得控制模块4能够有更大的空间去进行动作状态数据以及控制数据的处理,提高了控制的准确性。
当然,三维场景构建模块2除了本发明实施例中的具体形式外,还可以为其他多种类型,例如单个的激光扫描仪21或者单独的双目相机22等,本发明实施例在此不做限定。
当然,场景构建处理器23并不是必须的,控制模块4也可以将第一场景数据以及第二场景数据进行处理得到三维场景,本发明实施例在此不做限定。
作为一种优选的实施例,控制模块4采用ROS(Robot Operating System,机器人操作***)。
具体的,ROS可以采用模块化及分布式的节点式设计方法,可以包含多个功能化模块,例如运动规划模块、激光处理模块、运动控制模块4、数据融合模块、视觉处理模块、安全防护模块、激光数据采集模块、总线数据模块以及视觉数据采集模块等,各模块独立为单独节点,模块间不存在直接数据交互,而是共同通过基于ROS技术的控制及通讯框架模块实现模块间的数据交互,采用该设计理念,基于ROS平台,可有效减少项目复杂度,各模块可单独开发,保证项目开发进度。
其中,本发明实施例中的变电站巡检作业机器人控制***可以包括三层,具体为规划层、控制层以及硬件层,规划层即为控制模块4内部的ROS,控制层即为三维场景构建模块2、动作状态传感模块3以及主处理器42在内的控制***,而硬件层则为动作模块1,其根据控制层的控制进行作业。
其中,主处理器42的控制循环周期可以为多种类型,例如可以为10微秒,可以有效地保证控制的实时性。
当然,除了ROS外,控制模块4还可以采用其他的操作***进行控制,本发明实施例在此不做限定。
作为一种优选的实施例,动作模块1包括第一预设数目的机械臂11、第一预设数目的机械臂关节12;
则动作状态传感模块3包括第一预设数目的关节传感模块31,用于实时检测对应的机械臂关节12的动作状态;
则控制模块4包括:
第二预设数目的光纤网络转换器41,用于将对应的关节传感模块31检测到的动作状态进行电气隔离后传输至主处理器42;
主处理器42,根据动作状态以及作业要求,控制各个机械臂关节12动作,以带动对应的机械臂11在三维场景内进行作业。
具体的,第一预设数据可以进行自主设定,例如2或者3等,本发明实施例在此不做限定。
具体的,每个机械臂11与一个机械臂关节12相对应,控制模块4可以通过控制机械臂关节12动作从而带动机械臂11动作,最终实现作业动作。
具体的,动作状态传感模块3包括第一预设数据的关节传感模块31,其与机械臂关节12一一对应,在每个关节传感模块31采集到数据后,便可通过对应的光线网络转换器将动作状态传输到主处理器42,然后主处理器42便可以根据动作状态控制机械臂关节12动作,由于光纤网络转换器41具有电气隔离的作用,且通常各个机械臂11本身互相绝缘,通过光纤网络转换器41将对应的每个关节传感模块31检测到的动作状态传输至主处理器42,不会使得各个机械臂11之间产生电气连接,变电站巡检作业机器人控制***之间也就不会对地产生大电流,进一步地提高了变电站巡检作业机器人控制***的安全性。
其中,光纤网络转换器41的第二预设数据可以为多种情况,这需要根据各个光纤网络转换器41之间与主处理器42的连接关系而具体设定,例如光纤网络转换器41与主处理器42之间为串联关系的话,此时第二预设数目为第一预设数据减一,因为其中一组关节传感模块31的数据可以直接与主处理器42连接,而若光纤网络转换器41与主处理器42之间为并联关系的话,此时的第二预设数目则可以等于第一预设数目,本发明实施例在此不做限定。
当然,除了光纤网络转换器41外,还可以采用其他的电气隔离装置进行数据传输,本发明实施例在此不做限定。
具体的,本发明实施例中的数据传输可以采用多种类型,例如可以采用RJ45总线等,本发明实施例在此不做限定。
当然,除了本发明实施例中提供的分布式控制***架构外,还可以设计其他类型的***架构,本发明实施例在此不做限定。
另外,本发明实施例中涉及到的数据传输可以结合EtherCAT(ControlAutomation Technology,以太网控制自动化技术)实现,提高了数据传输效率以及稳定性。
作为一种优选的实施例,第一预设数目的机械臂关节12包括:
伸缩关节、俯仰关节以及旋转关节;
则第一预设数目的关节传感模块31包括:
激光测距仪311,用于实时检测伸缩关节的行程;
俯仰角位移传感器312,用于实时检测俯仰关节的俯仰角度;
旋转角位移传感器313,用于实时检测旋转关节的旋转角度。
为了更好地对本发明实施例进行说明,请参考图2,图2为本发明提供的另一种变电站巡检作业机器人控制***的结构示意图。
其中,AD(Analog-to-Digital,模数转换)转换模块8可以实现模拟量的传感数据向数字信号的转换,以便主处理器42处理,而DA(Digital-to-Analog)转换模块9可以实现主处理器42的数字信号向模拟信号的转变,以便动作模块1根据其进行动作。
其中,激光测距仪311、俯仰角位移传感器312以及旋转角位移传感器313可以共同组成动作状态传感模块3,而第一超声波传感器61以及第二超声波传感器62可以共同组成距离传感模块6。
具体的,本发明实施例中,机械臂关节12包括伸缩关节、俯仰关节以及旋转关节,可以辅助机械臂11实现伸缩、俯仰以及旋转等动作,使得机械臂11能够最大程度地动作,提高了动作的灵活性,以便变电站巡检作业机器人控制***完成更高难度的作业。
其中,各个伸缩关节、俯仰关节以及旋转关节可以分别通过油缸、油管以及控制阀与主处理器42连接以实现动作,当然也可以通过例如电机或马达等控制机构实现动作,本发明实施例在此不做限定。
其中,对于伸缩关节、俯仰关节以及旋转关节,相应地可以设置激光测距仪311、俯仰角位移传感器312以及旋转角位移传感器313来实现动作状态的检测。
当然,除了本发明实施例中提到的机械臂关节12的类型外,机械臂关节12还可以为其他类型,本发明实施例在此不做限定。
其中,机械臂11以及机械臂关节12可以包括大臂俯仰关节、大臂旋转关节、中臂俯仰关节、中臂伸缩关节、小飞臂俯仰关节等,大臂俯仰关节中大臂俯仰油缸通过液压油管与大臂俯仰控制阀相连;大臂旋转关节中大臂旋转马达通过液压油管与大臂旋转控制阀连接;中臂俯仰关节中中臂旋转摆动油缸通过液压油管与中臂俯仰控制阀连接;中臂伸缩关节中中臂伸缩油缸通过液压油管与中臂伸缩控制阀连接;小飞臂俯仰关节中小飞臂摆动油缸通过液压油管与小飞臂俯仰控制阀连接;各关节控制阀可以组合在一起,共同形成变电站巡检作业机器人控制***的控制阀组,其可以安装在多个位置,例如中臂伸缩关节末端之上等,其可接收电控信号,从而实现机器人各关节的运动控制。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。还需要说明的是,在本说明书中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其他实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。