一种配网带电作业机器人系统及接断引流线作业方法与流程

1.本发明涉及配电网带电作业技术领域，尤其涉及一种配网带电作业机器人系统及接断引流线作业方法。


背景技术：

2.进入新世纪以来，国家经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，对于电力的需求将不断增加，对供电质量同时提出了更高的要求。供电是连接电力生产和使用的中间环节，高质量的服务是新时代的更高要求，不间断的电力供应是新时代新发展更加迫切的需求，在保障供电的同时进行抢修、维护已成为常态，架空配电线路和输电线上不断电检修是配电网络实现不间断供电的关键核心问题，带电作业是保障，电力设备测试、检修和改造必须进行带电作业。带电作业已成为保证供电设备安全、可靠运行，提高电网经济效益和用户服务质量的一个重要检修手段。
3.目前，我国的带电作业方式仍然大都是人工带电作业，操作人员处于高电压、强电场环境，升空频繁、精神紧张，容易引发人身伤亡事故。传统的人工带电作业是要求工人在一个升到高空的绝缘斗中使用多种绝缘杆或者绝缘手套间接/直接地接触高压线。因此，工人处在一个非常危险的作业环境中，人工带电作业要求安全防护、遮蔽非常严格，工人稍不注意，则直接面临被电击的危险。另外，在架空输电线进行作业时，工人处于高空的环境中，增加了高空跌落的危险性，而工人暴露在高磁场的环境中对身体本身就是一种伤害，传统的带电作业往往需要多名技术娴熟的工人合作进行操作，对工人的技术要求比较高。为了解决配网人工带电作业带来的不安全性，满足持续电力供应的新需求，结合现在突飞猛进的智能技术，将集成有图像识别、模糊控制、自学习等技术的先进机器人应用于带电作业，研制具有更强安全性和适应性的带电作业机器人系统，克服人工带电作业的困难性和局限性，代替人工进行带电作业是非常紧迫和必要的需求


技术实现要素：

4.基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种配网带电作业机器人系统及接断引流线作业方法，针对配网带电作业的不同工况环境，设计出符合带电作业安全要求的移动绝缘平台，通过基于拟人机械臂的配网带电作业机器人，实现带电断、接引流线作业。
5.本发明的第一方面提供了一种配网带电作业机器人系统，包括移动绝缘平台、带电作业机器人、绝缘装置和带电作业工具；
6.所述移动绝缘平台为带电作业机器人提供移动和支撑平台；
7.所述带电作业机器人根据控制指令，完成带电作业操作；
8.所述绝缘装置用于为所述带电作业机器人提供绝缘保护；
9.所述带电作业工具基于所述带电作业机器人的操作完成带电作业。
10.进一步的，所述移动绝缘平台包括：车辆平台和上装；
11.所述车辆平台包括车辆底盘、副车架、液压支腿和操控系统，用于移动所述带电作业机器人至操作地点；
12.所述上装包括塔台、绝缘机械臂、机器人作业平台和安全系统，用于支撑所述带电作业机器人进行作业。
13.进一步的，所述塔台是所述上装的支架；绝缘机械臂为可折叠可伸缩臂；机器人作业平台为带电作业机器人提供安全稳定的绝缘作业平台，并设置有光纤通讯接口以备带电作业机器人通讯。
14.进一步的，所述带电作业机器人包括主手、从手、控制及通讯装置和视觉装置；
15.所述从手包括拟人6自由度双机械臂，末端安装有夹持手；操作者通过控制主手驱动远端的从手机械臂进行作业；从手跟随主手运动的同时将其与环境的相互作用力反馈给操作者；
16.所述控制及通讯装置包括控制中心和通讯装置，控制中心发出的控制包括主控制、从控制和自主控制；所述主控制负责整体任务规划，所述从控制负责机械臂各关节的运动控制，所述自主控制通过所述视觉装置采集并处理的识别信息结合深度学习的视觉检测控制方法识别待操作对象及其位置、并控制机械臂完成操作动作；所述通讯装置负责信息的传输。
17.进一步的，所述视觉装置包括双目相机、视觉控制器和全景相机；
18.所述双目相机用于识别并定位线缆位置，通过信号线与视觉控制器连接，所述信号线采用聚四氟乙烯绝缘外壳且内含电磁屏蔽层；
19.所述视觉控制器通过视觉算法处理相机采集的物体信息，将识别的信息通过光纤传回控制中心；
20.所述全景相机用于采集环境视频信息，并传输至所述控制中心并显示。
21.进一步的，所述绝缘装置包括机械臂绝缘平台、机械臂外敷绝缘、绝缘连接法兰和遮蔽罩辅助绝缘。
22.进一步的，所述带电作业工具包括引流线接火工具、引流线夹持工具、引流线剪切工具和绝缘穿刺线夹。
23.本发明的第二方面提供了一种接断引流线作业方法，由如前所述的配网带电作业机器人系统执行，包括如下步骤：
24.准备工作，包括安装固定并标记引流线、机器人系统各设备检查以及作业过程点设置；
25.接引流线作业和/或断引流线作业，所述接引流线作业将引流线搭接到相应的相线上；所述断引流线作业将相线上的引流线剪断。
26.进一步的，所述接引流线作业的步骤包括：
27.识别相线：双机械臂在准备位置以防止双机械臂挡住相机视野，在控制中心界面点击相线识别按钮，识别双目相机安装于平台第二机械臂相机位，识别结果为相机坐标系下，线缆位置空间坐标及识别当前图片，通过socket通信回传给控制中心并显示；
28.识别引流线：双机械臂在准备位置以防止双机械臂挡住相机视野，识别双目相机安装于平台第一机械臂相机位，通过识别选择要抓取的引流线目标点，使机械臂携夹持工具夹取引流线，进行作业操作；
29.第一机械臂抓引流线：第一机械臂相应关节角度垂直于引流线运行到识别的引流线目标点，运行到目标点后，按下主手上按钮，进行手爪抓紧；
30.引流线到相机上方：确定手爪抓紧后，第一机械臂抓着引流线，运动到识别相线的相机上方；
31.识别引流线末端：进行引流线末端的识别，识别成功后机械臂根据识别结果进行计算；
32.第一机械臂引流线到位：使第一机械臂移动到穿线准备位置，等待第二机械臂携绝缘穿刺线夹工具进行穿线；
33.第二机械臂穿引流线：第二机械臂移动到穿线位置、将绝缘穿刺线夹工具向上抬起使引流线末端与夹取点平齐，穿线完成后，控制绝缘穿刺线夹工具夹紧引流线，第一机械臂的夹爪松开引流线；
34.第一机械臂回准备位置，等待下次作业；
35.第二机械臂线夹搭相线：第二机械臂夹着引流线运动到最初的相线识别位置处，使用工具遥控器把安装了引流线的线夹搭接到相线上；
36.第二机械臂回准备位置，等待下次作业。
37.进一步的，所述断引流线作业的步骤包括：
38.第二机械臂执行准备：第二机械臂从当前点运动到准备姿态位置；
39.第一机械臂执行准备：第一机械臂从当前点运动到准备姿态位置；
40.识别引流线：相机识别目标点，一点为第二机械臂剪线点，一点为第一机械臂抓取固定点；
41.第二机械臂到位：第二机械臂移动到剪切位点；
42.第一机械臂抓取引流线：当第二机械臂移动到剪切位点后，待第一机械臂移动至抓取引流线目标点，然后通过主手手柄上的手爪夹取按钮夹紧引流线后，通过引流线剪切工具遥控器控制剪切工具把线剪断；
43.双机械臂回收：第一机械臂、第二机械臂先后进行回收动作，回收至准备姿态后，操作第一机械臂及夹爪松开引流线，完成作业。
44.综上所述，本发明提供一种配网带电作业机器人系统及接断引流线作业方法,该机器人系统包括移动绝缘平台、带电作业机器人、绝缘装置和带电作业工具；该方法采用该机器人系统进行接断引流线作业，克服人工带电作业的困难性和局限性，针对配网带电作业的不同工况环境，设计出符合带电作业安全要求的移动绝缘平台，通过基于拟人机械臂的配网带电作业机器人，代替人工进行带电作业。
附图说明
45.图1为本发明实施例中的配网带电作业机器人系统框图；
46.图2为本发明实施例中的带电作业机器人控制示意图；
47.图3为本发明实施例中的机器人主从控制原理图；
48.图4为本发明实施例中的机器人自主控制原理图；
49.图5为本发明实施例中的控制中心的硬件结构示意图；
50.图6为本发明实施例中的控制中心软件架构示意图；
51.图7为本发明一具体实施例中的配网带电作业机器人系统框图；
52.图8为本发明实施例中的接断引流线作业方法流程示意图；
53.图9为本发明实施例中的接引流线作业方法流程示意图；
54.图10为本发明实施例中的断引流线作业方法流程示意图。
具体实施方式
55.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
56.本发明的第一方面提供了一种配网带电作业机器人系统，如图1所示，包括移动绝缘平台、带电作业机器人、绝缘装置和带电作业工具；移动绝缘平台为带电作业机器人提供移动和支撑平台；带电作业机器人根据控制指令，完成带电作业操作；绝缘装置用于为所述带电作业机器人提供绝缘保护；带电作业工具基于所述带电作业机器人的操作完成带电作业。
57.下面对机器人系统的每一个部分进行详细的描述。
58.移动绝缘平台车包括车辆平台、上装两部分，为带电作业机械臂提供一个移动和支撑的平台，通过上装的自由度保证了带电作业时机械臂面对线路的角度和支撑平台的水平。车辆平台包括车辆底盘、副车架、液压支腿、操控系统等。操控系统由液压系统、电气系统及各机构的操作装置构成。上装包括塔台、绝缘机械臂(三节臂组成)、机器人作业平台及安全系统等组成。塔台是整个上装系统的支架；绝缘机械臂为可折叠又可伸缩臂；机器人作业平台为机器人提供安全稳定的绝缘作业平台，留有光纤通讯接口以备机器人通讯。
59.进一步的，带电作业机器人包括主手、从手、控制及通讯装置和视觉装置。从手包括拟人6自由度双机械臂，增加带电作业范围及作业时的灵活性；两机械臂末端安装夹持手设计，根据配网带电作业的不同工况环境更换不同的专用工具，保证操作的高效性和安全性。操作者通过控制主手驱动远端的从手机械臂进行作业；从手跟随主手运动的同时将其与环境的相互作用力反馈给操作者。控制及通讯装置包括控制中心和通讯装置，控制中心发出的控制包括主控制、从控制和自主控制。主控制负责整体任务规划，从控制负责机械臂各关节的运动控制，自主控制通过所述视觉装置采集并处理的识别信息结合深度学习的视觉检测控制方法识别待操作对象及其位置、并控制机械臂完成操作动作，实现机械臂短距离高精度的位移和定位。通讯装置负责信息的传输。带电作业机器人控制示意图如图2所示。
60.主从控制是指在人机交互控制系统下，位于安全场所的操作者通过控制主手来驱动远端的从手机械臂进行作业，从手跟随主手运动的同时将其与环境的相互作用力反馈给操作者，主从运动控制方式的原理图见图3。
61.带电作业机器人自主控制是采用基于双目立体视觉的自主控制，原理图见图4。自主控制是通过双目深度相机结合深度学习的视觉检测控制方法识别导线及引流线，并根据坐标变换将相机坐标转换为机械臂坐标，准确的识别定位导线及引流线的位置，接着完成障碍物的躲避以及对目标物的抓取等动作。
62.进一步的，所述视觉装置包括双目相机、视觉控制器和全景相机。双目相机用于识别并定位线缆位置，通过usb3.0信号线与视觉控制器连接，所述信号线采用聚四氟乙烯绝缘外壳且内含电磁屏蔽层，使相机在高空作业时能避免电压电磁干扰。视觉控制器同时连接2台相机，通过视觉算法处理相机采集的物体信息，将识别的信息通过光纤传回控制中心处理模块以达到视觉反馈控制的目的.全景相机用于采集环境视频信息，并传输至所述控制中心并显示。全景相机作为机器人作业整体环境视频监控，视频流画面显示在控制中心界面。控制中心采用是便携式一体化工控机，用于控制带电作业机械臂，云台和作业工具等设备并实时显示现场作业环境及机器人状态。硬件示意图见下图5，软件设计架构见图6。
63.进一步的，绝缘装置包括机械臂绝缘平台、机械臂外敷绝缘、绝缘连接法兰和遮蔽罩辅助绝缘。由于高压带电作业对人或设备的危害主要为流过的电流大小和电场的强弱，带电作业机器人采用中间电位法进行带电作业操作，机器人处于高压带电体和接地体之间的电位状态，即在整个作业过程中，机器人处于接地体与带电体之间的电位状态，并通过性能良好的绝缘措施，间接的触碰带电体。系统绝缘方案从以下方面进行方案设计：
64.a)配电网带电作业机器人作业过程中，利用绝缘系统内部的绝缘斗臂车的两级主绝缘壁，结合带电作业操作系统，将机器人与地阻隔起来，达到绝缘的目的；
65.b)平台上下之间，配置光纤或无线，阻隔了操作人员与机器人和高压线的接触，不仅达到了绝缘的目的，而且还提升了数据传输的能力；
66.c)机械臂采用边相遮蔽方式、软包绝缘材料方式及绝缘漆喷涂方式进行绝缘处理，实现机械臂外部绝缘，有力的保证机器人对高压体的有效绝缘，满足高压带电作业任务有效绝缘防护的要求。
67.进一步的，带电作业工具包括引流线接火工具、引流线夹持工具、引流线剪切工具和绝缘穿刺线夹。如图7所示，为本发明一具体实施例的配网带电作业机器人系统的架构示意图。
68.本发明的第二方面提供了一种接断引流线作业方法，由如前所述的配网带电作业机器人系统执行，如图8所示，包括如下步骤：
69.步骤s100，准备工作，包括安装固定并标记引流线、机器人系统各设备检查以及作业过程点设置；
70.步骤s200，接引流线作业和/或断引流线作业，所述接引流线作业将引流线搭接到相应的相线上；所述断引流线作业将相线上的引流线剪断。
71.具体的，对上述步骤进行进一步的展开。
72.1)准备工作
73.引流线：安装并固定好引流线并在末端套上导向头，在导向头与导线连接处套上红色标记，在距离该标记点往后55公分处套上第2个红色标记，在第2个红色标记往后25公分处套上第3个红色标记。
74.设备检查：应检查工具安装相机等设备是否正常，机械臂是否能够正常运动，人员是否已离开作业区域。
75.作业过程点设置：作业前通过控制中心软件把接断引流线各步骤作业过程目标点位置通过操作者观察和相机识别范围等进行确定预先示教完成。
76.平台调整：根据作业相调整绝缘斗臂车至合适位置。
77.2)接引线作业
78.自动接引线作业总共分为十个步骤，切换到自主模式，步骤流程图见图9。
79.(1)识别相线：双臂在准备位置以防止双臂挡住相机视野，在控制中心界面点击此按钮进行相线识别，识别相机安装于平台右臂相机位，主要观测方向为平台上方三相线或断线作业时引流线。识别结果为相机坐标系下，线缆位置空间坐标及识别当前图片，通过socket通信回传给控制中心并显示；
80.(2)识别引流线：双臂在准备位置以防止双臂挡住相机视野，识别相机安装于平台左臂相机位，主要观测方向为平台前方相机视野内的引流线。目的为识别引流线上红色标记，识别成功选择要抓取的引流线目标点，使机械臂携夹持工具能够夹取引流线，进行作业操作；
81.(3)左臂抓引流线：点击按钮，左臂能自适应调整相应关节角度垂直于引线线运行到刚所识别的引流线目标点，运行到目标点后，按下主手上按钮，进行手爪抓紧；
82.(4)引流线到相机上方：确定手爪抓紧后，左臂抓着引流线，运动到相线相机的上方；
83.(5)识别引流线末端：进行引流线末端的识别，识别成功后机械臂会根据识别结果进行计算；
84.(6)左臂引流线到位：使左臂移动穿线准备位置，等待右臂携线夹工具进行穿线，此时需要再进行夹紧夹爪的操作；
85.(7)右臂穿引线线：右臂进行穿引流线，主要有5个路径点分别为机械臂工作准备点，抓取姿态调整点，右臂线夹工具喇叭口运动到引流线末端位置，线夹工具开始穿线，线夹工具向上抬起使引流线末端与夹取点平齐，穿线完成后，控制线夹工具夹紧引流线，夹爪左臂松开引流线；
86.(8)左臂回准备位置：准备位置即自动引线作业初始位置，应在首次作业前在左臂收回处示教保存，使左臂移动到自动引线准备位置，等待下次作业；
87.(9)右臂线夹搭相线：右臂夹着引流线运动到最初的相线识别位置处，使用工具遥控器把安装了引流线的线夹搭接到相线上；
88.(10)右臂回准备位置：点击右臂回准备位置，同左臂，需提前在右臂收回处示教保存位置点，右臂回到自动引线准备位置，等待下次作业。
89.3)断引线作业
90.自动断引流线流程前，需更换工具及调整平台，确保相线识别相机能够识别相应线缆位置，若不能，需调整平台位置。自动断接引线作业总共分为6个步骤，步骤流程图见图10。
91.(1)右臂执行准备：右臂从当前点运动到准备姿态位置；
92.(2)左臂执行准备：左臂从当前点运动到准备姿态位置；
93.(3)识别引流线：若相机成功识别目标点可选择最优点，一点为右臂剪线点，一点为左臂抓取固定点；
94.(4)右臂剪刀到位：右臂移动到剪切位点，骤默认4个路径点分别为机械臂工作准备点，剪切姿态调整点，剪切准备点，剪切目标点。可在中间过程中插入自定义过程点，原本点不可删除。
95.(5)左臂抓取引流线：当右臂移动到剪切位点后，再点击左臂抓取引流线，等待左臂移动至抓取引流线目标点，然后通过主手手柄上的手爪夹取按钮夹紧引流线后，通过剪线工具遥控器控制剪线工具把线剪断。
96.(6)双臂回收：左臂夹爪仍夹着引流线，点击双臂回收后，需连续点击确认弹框，左臂、右臂先后进行回收动作，回收至准备姿态后，可操作左臂及夹爪松开引流线，完成作业。
97.综上所述，本发明提供一种配网带电作业机器人系统及接断引流线作业方法,该机器人系统包括移动绝缘平台、带电作业机器人、绝缘装置和带电作业工具；该方法采用该机器人系统进行接断引流线作业，克服人工带电作业的困难性和局限性，针对配网带电作业的不同工况环境，设计出符合带电作业安全要求的移动绝缘平台，通过基于拟人机械臂的配网带电作业机器人，代替人工进行带电作业。
98.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。