一种变电站电动摇把及其图像采集识别方法与流程

1.本发明涉及电动摇把技术领域，具体为一种变电站开关柜电动摇把及其图像采集识别方法。


背景技术：

2.在变电站中开关柜的停送电操作极为频繁。手车式开关柜有运行、试验和检修三个位置，其中运行位置和试验位置之间的切换需要操作人员通过摇动手车摇把上的手柄带动手车摇臂转动，继而使与手车摇臂后端通过弹簧卡销相连且位于机柜内的中轴转动来实现。操作人员转动摇把，带动丝杆转动，从而使开关柜小车前后移动。当手车开关处于运行位置时，其上的动触头与母线上的静触头连接；当手车开关处于试验位置时，动静触头分离。但在上述两种位置的切换过程中，动触头要经历放电或充电过程，所以手车摇把在摇动过程中要保证快速、顺畅地摇合或分离，否则有可能导致出现动静触头放电的问题。由于某些型号设备上的手车摇把在摇动过程中存在易松动、易“拖把”的现象，从而造成手车开关在摇入、摇出过程中不能顺畅完成操作，结果不仅会给操作带来了不便，而且也威胁设备的安全。当开关柜存在闭锁时，由于每个操作人员的用力不一样，有人可能瞬间用力过猛，进而破坏了闭锁同时损坏了开关柜的构造。停母线操作时，人工手摇手车开关，费时费力，效率低下。对于一些体积大，质量大的手车开关单靠一个人手摇非常吃力。实际现场中手车开关是否操作到位主要靠操作人员的手感结合状态指示器以及后台监控机的显示来判断。
3.cn 108233240 a《一种手车式开关柜电动摇把》设计了一种z字型手车式开关柜电动摇把，可具备手动和电动两用的效果。
4.cn204156387u设计一种手车式开关柜电动摇把，它包括具有输出转轴的驱动装置和用于连接到开关柜小车的专用套管；驱动装置的输出转轴与专用套管相连接，驱动装置的输出转轴能够带动专用套管转动；专用套管的转动能够驱动开关柜小车运动，使开关柜小车到达工作位置；驱动装置上设置有转圈计数器和能显示转动圈数的显示屏，驱动装置上还设置有控制驱动装置输出转轴启停的按钮。
5.cn 102306908 a《电动摇把》解决摇把插入定位不准的问题。
6.cn 210326664 u《一种多功能电动操作摇把》设计一种手枪式电动摇把以及可拆卸式连接有摇把头，可提高检修效率。
7.cn 111702696 a《一种手持式电动螺丝刀系统》一种手持式电动螺丝刀系统，包括螺丝刀本体、伺服驱动器、电源模块和微控制单元mcu。搭载了智能化管理系统，同时通过网络通讯的方式将系统连接云端实现了数据的保存、备份和传输，极大地提高了整体系统智能化、数控化的潜力和可能性。
8.cn 210010901 u《一种通过触摸板启动正反转功能的电动螺丝刀》公开了一种通过触摸板启动正反转功能的电动螺丝刀，降低手部动作幅度使机械化动作更加省力且可相应地提高作业效率。
9.通过查找资料发现目前专利有以下几个点：
10.1.针对手动改为电动或者手动电动一体。
11.2.借鉴电动螺丝刀的手枪式的结构为主，或者在手枪式结构上增加其他结构。
12.增加显示屏可设置转动圈数及设置按钮实现转动圈数的控制达到到位闭锁。
13.基于此，本发明设计了一种变电站电动摇把及其图像采集识别方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

14.发明的目的在于提供一种变电站电动摇把及其图像采集识别方法，以解决上述技术问题。
15.为实现上述目的，发明提供如下技术方案：一种变电站电动摇把，包括外壳，所述外壳内前端设置有用于外接并驱动摇把转动的电动主轴，所述外壳顶部嵌设有交互控制组件，所述外壳上方设置有用于拍摄采集开关柜指示灯状态信息的图像采集组件，所述外壳的后端外置连接有供电电池，所述外壳的左右两侧各设置有供双手握持的把手，所述电动主轴、图像采集组件以及供电电池均分别与所述交互控制组件电性通讯连接。
16.优选的，所述外壳包括左右两半扣合安装的主体外壳，所述主体外壳的前端设置有主轴罩壳，
17.优选的，两个所述把手通过螺纹连接于所述主体外壳两侧。
18.优选的，所述电动主轴包括电机，所述电机的前端转轴传动连接有变速器，所述变速器的前端转轴连接有摇把转接头。
19.优选的，所述交互控制组件包括显示屏和触控面板，所述触控面板上集成有微控制单元，所述触控面板上还设置有usb插接口。
20.优选的，所述图像采集组件包括视觉摄像头，所述视觉摄像头通过导线电性连接有usb插接头，所述视觉摄像头与usb插接头之间连接有用于包覆所述导线并支撑所述视觉摄像头的蛇形管。
21.一种变电站电动摇把的图像采集识别方法，包括以下步骤：
22.(1)获取图像：使用金属柔管调整摄像头位置获取状态灯所在面板图像数据；
23.(2)在图像导入环节，利用opencv库的imread方法，将摄像头拍摄到的开关柜设备状态指示灯模块照片导入程序中，并存储为rgb格式；
24.(3)图像进行降噪的预处理，利用opencv库的median blur方法对状态灯图像进行降噪处理，设置光圈参数保证图像清晰度；
25.(4)转换抓取的状态灯图像文件颜色模式为hsv模式；
26.(5)排除截取的图像杂色：利用numpy模块的array方法对色度进行抓取，之后使用opencv库的inrange方法对图像进行杂色的遮罩排除，通过处理不同色度范围的每个图像，获取若干已过滤无关杂色的图像，这些图像最终只包含红色和绿色两种颜色；
27.(6)合并图像增强状态灯轮廓：利用opencv库的add weighted方法重叠过滤非红绿的杂色的所有图像，这样可以让图像上指示灯的轮廓更加明显，图像合并后就剩下红绿色两种颜色常用状态指示色；
28.(7)状态灯图像转换灰度图：利用opencv库cvt color方法转换为灰度图，最终图像由红绿色变成由不同灰度组成的轮廓图；
29.(8)数据分割：将预处理好的状态灯图像数据分割成训练集和测试集，训练集中包含将要被卷积神经网络模型训练的图像，测试集中包含将要被我们模型测试的图像，取80％的图像将进入训练集，其余20％的图像将进入测试集；
30.(9)建立模型：将使用conv2d，maxpooling2d，flatten，dropout和dense等各种层构建顺序卷积神经网络模型，在最后一个dense层中，利用softmax函数输出一个向量，给出两个类中每个类的概率。
31.与现有技术相比，发明的有益效果为：
32.本发明在外壳的左右两侧各设置有供双手握持的把手，形成t字型电动摇把，操作时可以双手握住，受力较为平衡，不易出现“脱把”现象。
33.本发明设计一种通过图像采集组件、交互控制组件以及电动主轴等部件相互配合，形成基于机器视觉的电动摇把操作结果判断方式，当手车开关操作到位时带电显示器显示位置变化，该方法通过识别状态指示器的状态显示来判断手车开关的操作是否到位。
34.本发明采用算法进行电机控制，电机启动时转速较为平稳，动触头接触到静触头时，检测到速度降低，这时增大输出，动触头插入静触头或者脱离静触头时，速度变快，减少输出，使得全程运动速度都较为平稳，当机器视觉检测到设备到位时，闭锁电机输出。
附图说明
35.为了更清楚地说明发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明电动摇把整体结构示意图；
37.图2为本发明电动摇把爆炸结构示意图；
38.图3为本发明电动摇把控制原理示意图；
39.图4为本发明电动摇把应用方式示意图。
40.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0041]1‑
外壳，101
‑
主体外壳，102
‑
主轴罩壳，2
‑
电动主轴，201
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电机，202
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变速器，203
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摇把转接头，3
‑
交互控制组件，301
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显示屏，302
‑
触控面板，303
‑
usb插接口，4
‑
图像采集组件，401
‑
视觉摄像头，402
‑
usb插接头，403
‑
蛇形管，5
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供电电池，6
‑
把手。
具体实施方式
[0042]
下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于发明保护的范围。
[0043]
请参阅图1
‑
3，发明提供一种技术方案：一种变电站电动摇把及其图像采集识别方法，包括外壳1，外壳1包括左右两半扣合安装的主体外壳101，主体外壳101的两半可通过暗扣或者螺钉等方式连接固定，主体外壳101的前端设置有主轴罩壳102，主体外壳101的前端设置有卡槽凸缘，主轴罩壳102的前端为顶端开口的锥形罩壳结构，主轴罩壳102的后端设置有相应的卡槽，主体外壳101的两半分离状态下，可将卡槽凸缘卡置于卡槽内，主体外壳
101的两半合闭锁紧后，即形成对主轴罩壳102的连接固定；
[0044]
外壳1内前端设置有用于外接并驱动摇把转动的电动主轴2，电动主轴2包括电机201，电机201配套设有相应的控制器(图中未示出)，电机201通过控制器与交互控制组件3连接，通过接收动作指令并控制电机201按照指令动作，电机201的前端转轴传动连接有变速器202，变速器202的前端转轴连接有摇把转接头203，摇把转接头203通过现有特定的连接结构可连接多种型号的现有开关柜手车摇把，本实施例中的变速器202采用行星齿轮变速器，用于减速增大扭矩带动前端的摇把转接头203运动；
[0045]
外壳1外壳1顶部嵌设有交互控制组件3，交互控制组件3包括显示屏301和触控面板302，触控面板302上集成有微控制单元，显示屏301和触控面板302分别与微控制单元连接，分别用于显示装置状态等信息以及开关控制装置，触控面板302上还设置有usb插接口303，用于连接图像采集组件4；
[0046]
外壳1上方设置有用于拍摄采集开关柜指示灯状态信息的图像采集组件4，图像采集组件4包括视觉摄像头401，视觉摄像头401通过导线电性连接有usb插接头402，usb插接头402与usb插接口303插接配合，使视觉摄像头401与微控制单元连接，视觉摄像头401与usb插接头402之间连接有用于包覆导线并支撑视觉摄像头401的蛇形管403，蛇形管403可根据实际需求进行多种形态的弯折调整，用于将视觉摄像头401调整至与开关柜面板上的指示灯位置对应，从而能够清晰拍摄指示灯状态。
[0047]
外壳1的后端外置连接有供电电池5，供电电池5与外壳1之间可通过图插槽的方式进行可拆卸安装连接，方便拆卸更换充电，外壳1的左右两侧各设置有供双手握持的把手6，形成t字型电动摇把，操作时可以双手握住，受力较为平衡，不易出现“脱把”现象；
[0048]
电动主轴2、图像采集组件4以及供电电池5均分别与交互控制组件3的微控制单元电性通讯连接，形成如图3所示的自动控制系统，微控制单元提供电源管理、电机控制、人机交互控制、机器视觉算法。
[0049]
工作原理实施例：
[0050]
如图4所示，实际操作时，将电动主轴2的摇把转接头203连接对应型号的摇把，根据开关柜a上状态指示灯与摇把操作孔b的相对位置，调整视觉摄像头401的朝向和位置，使视觉摄像头401正对状态指示灯c，通过触控面板302的按键控制装置开启，微控制单元通过视觉摄像头401所拍摄采集的开关柜指示灯信息判断手车运行状态，通过识别开关柜指示灯的状态显示来判断手车开关的操作是否到位，形成基于机器视觉的电动摇把操作结果判断方式，并根据预设的控制程度发出相应的动指令，从而控制电机201带动摇把按照指定的多动规则控制手车运行，采用算法进行电机控制，电机启动时转速较为平稳，动触头接触到静触头时，检测到速度降低，这时增大输出，动触头插入静触头或者脱离静触头时，速度变快，减少输出，使得全程运动速度都较为平稳，并能够在手车设备到位时，闭锁电机输出。
[0051]
具体的，开关状态灯检测(图像识别方法)流程如下:
[0052]
(1)获取图像：使用金属柔管调整摄像头位置获取状态灯所在面板图像数据。
[0053]
(2)在图像导入环节,利用opencv库的imread方法,将摄像头拍摄到的开关柜设备状态指示灯模块照片导入程序中,并存储为rgb格式。
[0054]
(3)图像进行降噪的预处理,利用opencv库的median blur方法对状态灯图像进行降噪处理,设置光圈参数保证图像清晰度。
[0055]
(4)转换抓取的状态灯图像文件颜色模式为hsv模式。
[0056]
(5)排除截取的图像杂色：利用numpy模块的array方法对色度进行抓取,之后使用opencv库的inrange方法对图像进行杂色的遮罩排除,通过处理不同色度范围的每个图像,获取若干已过滤无关杂色的图像,这些图像最终只包含红色和绿色两种颜色。
[0057]
(6)合并图像增强状态灯轮廓：利用opencv库的add weighted方法重叠过滤非红绿的杂色的所有图像,这样可以让图像上指示灯的轮廓更加明显，图像合并后就剩下红绿色两种颜色常用状态指示色。
[0058]
(7)状态灯图像转换灰度图：利用opencv库cvt color方法转换为灰度图,最终图像由红绿色变成由不同灰度组成的轮廓图。
[0059]
(8)数据分割：将预处理好的状态灯图像数据分割成训练集和测试集，训练集中包含将要被卷积神经网络模型训练的图像，测试集中包含将要被我们模型测试的图像。取80％的图像将进入训练集，其余20％的图像将进入测试集。
[0060]
(9)建立模型：将使用conv2d，maxpooling2d，flatten，dropout和dense等各种层构建顺序卷积神经网络模型。在最后一个dense层中，利用softmax函数输出一个向量，给出两个类中每个类的概率。
[0061]
具体的，开关柜具有包括一个设备开关运行指示灯和两个刀闸状态指示灯，并且：
[0062]
设备开关运行指示灯红：代表设备运行状态不可操作；
[0063]
设备开关运行指示灯绿：代表设备非运行状态可操作；
[0064]
刀闸状态指示灯红：刀闸合闭到位；
[0065]
刀闸状态指示灯绿：刀闸分离到位；
[0066]
刀闸状态指示灯暗：刀闸处于分离和合闭之间；
[0067]
因此，在设备开关停止运行、设备开关运行指示灯变绿可操作时，可通过电动把手进行操作，并且：
[0068]
电动把手顺时针转动时，将合闭的刀闸分离，刀闸状态指示灯变化为：红
‑
暗
‑
绿，变绿后即代表分离到位；
[0069]
电动把手逆时针转动时，将分离的刀闸合闭，刀闸状态指示灯变化为：绿
‑
暗
‑
红，变红后即代表合闭到位。
[0070]
在发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
[0071]
在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
[0072]
尽管已经示出和描述了发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变
型，发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。