一种变电站高压熔断器搬运机器人及其控制方法与流程

本发明涉及一种变电站高压熔断器搬运机器人及其控制方法。

背景技术：

1、变电站是指电力系统中对电压和电流进行变换，接受电能及分配电能的场所。一般情况下变电站占地面积大，设备多，管理人员少，采用人工搬运设备的方式劳动强度大、工作效率低，同时在高压环境下采用人工的安全风险较高。开展搬运机器人能提高作业效率，降低作业风险，故高压熔断器搬运机器人应运而生。

2、在以往作业中，多数变电站采用人工或者半人工的方式来搬运高压熔断器。多数方法基本上是通过人工将高压熔断器搬运到搬运车上，再由搬运车运输到指定地点，最后由人工卸货，完成高压熔断器的搬运。而运输车多数都为人力推动，只有少数采用智能车进行运输。因此高压熔断器的运输中会消耗大量的人力和时间。

技术实现思路

1、本发明解决现有技术的不足而提供一种定位精准和效率高的一种变电站高压熔断器搬运机器人及其控制方法。

2、为实现上述目的，本发明首先提出了一种变电站高压熔断器搬运机器人；一种变电站高压熔断器搬运机器人，其特征在于：包括运载小车、行走机构、平面位移装置和机械爪；定义车头到车尾的方向为y轴正方向，竖直向上的方向为z轴正方向，x轴与y轴在水平面内相互垂直；所述行走机构安装于运载小车车体底部，所述运载小车车尾外壁上安装有第一摄像头，所述第一摄像头的镜头朝向y轴正方向设置，所述第一摄像头视野中心区域形成第一检测区，所述第一检测区的边界上设有闭环的第一视野边界判定线，所述第一视野边界判定线内沿z轴向设置有的两条平行的第一判定线，所述第一判定线之间的间距大于高压熔断器底座长边所成像的长度且小于1.2倍高压熔断器底座长边所成像的长度；所述运载小车上、车斗的上方安装有可实现x轴方向和y轴方向移动的平面位移装置，所述平面位移装置活动端在水平面内移动，所述平面位移装置活动端底部安装有机械爪，所述机械爪可沿z轴方向伸缩且可绕中心轴转动；所述机械爪的底部正中心设置有第二摄像头，所述第二摄像头的镜头朝向z轴负方向设置，所述第二摄像头的中心区域形成第二检测区，所述第二检测区的边界上设置有闭环的第二视野边界判定线，所述第二视野边界判定线内沿x轴方向和y轴方向分别设置有两条相互垂直的x轴判定线和y轴判定线，所述x轴判定线和y轴判定线的交点位于第二检测区的正中心；所述运载小车上安装有控制器，所述控制器与第一摄像头、第二摄像头、行走机构、平面位移装置和机械爪电连接。

3、本实施方式中，所述平面位移装置包括第一直线移动机构和第二直线移动机构，所述第二直线移动机构安装在运载小车顶部，所述第二直线移动机构沿x轴方向设置，所述第二直线移动机构活动端沿x轴方向运动；所述第二直线移动机构活动端上安装有第一直线移动机构，所述第一直线移动机构沿y轴方向设置，所述第一直线移动机构活动端沿y轴方向移动，所述机械爪安装在第一直线移动机构的活动端上，所述第一直线移动机构和第二直线移动机构均与所述控制器电连接。

4、本实施方式中，所述运载小车车斗的载物板上布置有收纳装置，所述收纳装置包括固定环、铰接结构、磁吸装置和锁定杆，所述固定环呈矩形，所述固定环内部限位空间与高压熔断器底座的形状和大小匹配，所述固定环高度与高压熔断器底座高度相匹配，所述固定环底部固定在运载小车内壁上，所述固定环顶部、沿长度方向的侧壁上通过铰接结构均匀铰接有不少于两个锁定杆，所述锁定杆沿固定环宽度方向设置；所述锁定杆处于固定环内腔范围内的一端为水平部，所述水平部向固定环外水平延伸一段再竖直向上延伸一段形成竖直部，所述锁定杆重心位于竖直部上；所述固定环外壁上、所述锁定杆竖直部对应位置上设置有第一限位件，所述第一限位件顶部设置有磁吸装置，所述磁吸装置抵接水平部底部；所述固定环内壁上、锁定杆水平部对应位置、沿竖直方向开设有凹槽，所述凹槽大小与锁定杆水平部大小相匹配。

5、本实施方式中，所述竖直部顶端沿水平部方向设置有第二限位件，所述第二限位件包括伸缩杆、弹簧挡板和弹簧，所述锁定杆竖直部顶端沿水平部方向设置有伸缩杆，所述伸缩杆远离竖直部一端布置有弹簧挡板，所述弹簧挡板与竖直部之间、所述伸缩杆上套装有弹簧。

6、本实施方式中，所述固定环底部布置有检测固定环内压力变化的压力传感器，所述压力传感器与所述控制器电连接。

7、本实施方式中，所述机械爪通过旋转装置安装在平面位移装置的活动端底部，所述机械爪通过旋转装置驱动绕机械爪的中心轴转动，所述旋转装置与控制器电连接。

8、本实施方式中，所述旋转装置包括电机、壳体、顶盖、蜗轮和蜗杆，所述壳体顶部开口且安装有顶盖，所述顶盖顶面与平面位移装置活动端连接，所述壳体内水平布置有蜗轮；所述壳体的侧壁和底板设有开口，所述机械爪顶部的旋转轴穿过壳体底板上的开口与蜗轮同轴固定连接，所述蜗轮与旋转轴同步转动；所述壳体外壁安装有电机，所述电机输出轴连接蜗杆输入端，所述蜗杆输出端通过壳体侧壁上的开口与蜗轮啮合，所述电机与所述控制器电连接。

9、本实施方式中，所述机械爪包括第三直线移动机构和夹爪；所述机械爪通过顶部的旋转轴与旋转装置连接；所述第三直线移动机构沿z轴设置，所述第三直线移动机构的活动端连接有两个水平设置的夹爪，两个夹爪位于同一水平面上，两个夹爪之间的间距和高压熔断器两支撑柱之间的间距相匹配；所述夹爪中部设置有凹槽形成夹持区，所述凹槽的大小与形状与高压熔断器上端杆件相匹配。

10、本实施方式中，所述夹爪底部水平布置有红外定位仪，所述红外定位仪检测端指向夹持区，所述红外定位仪与控制器电连接。

11、为实现上述目的，本发明又提出了一种变电站高压熔断器搬运机器人的控制方法，该方法应用上述任一项所述的变电站高压熔断器搬运机器人；所述变电站高压熔断器搬运机器人的控制方法包括以下步骤：

12、步骤s10，首先运载小车移动至目标高压熔断器所在地，启动第一摄像头，第一摄像头先检测运载小车与目标高压熔断器之间的间距，并通过行走机构调整运载小车与目标高压熔断器之间的间距，使得所述间距满足平面位移装置的抓取要求，然后再通过行走机构带动运载小车旋转，使得第一摄像头正对目标高压熔断器，具体的调整方法如下：第一摄像头判定目标高压熔断器所成的像是否位于两根第一判定线之间，若目标高压熔断器所成的像未完全位于两条第一判定线之间，通过行走机构调整运载小车位置，直至目标高压熔断器所成的像完全位于两条第一判定线之间，停止运载小车运动；

13、步骤s20，通过平面位移装置控制机械爪沿x轴方向移动至第一摄像头所在竖直平面，再启动第二摄像头，通过平面位移装置控制机械爪移动至目标高压熔断器上方，当第二摄像头检测到目标高压熔断器所成的像出现在第二视野边界判定线内时，进行机械爪位姿调整，调整方法如下：控制机械爪旋转，当目标高压熔断器底座所成的像在第二视野边界判定线内、且目标高压熔断器底座长度方向中心轴所成的像与x轴判定线平行时，停止旋转机械爪；控制平面位移装置带动机械爪移动，当目标高压熔断器底座所成的像在第二视野边界判定线内、且目标高压熔断器底座长度方向中心轴所成的像与x轴判定线重合、且目标高压熔断器底座宽度方向中心轴所成的像与y轴判定线重合时，停止机械爪移动；

14、步骤s30，往下伸出机械爪并夹持住目标高压熔断器，再向上收缩机械爪回位；

15、步骤s40，控制平面位移装置移动机械爪，将目标高压熔断器放置在运载小车车斗内；

16、步骤s50，重复上述操作，完成所有目标高压熔断器的搬运后，启动行走机构，移动运载小车到目的地后，停止运载小车移动，取出所有高压熔断器。

17、本实施方式中，在步骤s20和s30之间还包括s21，

18、步骤s21，夹爪沿z轴方向移动过程中，若第二摄像头检测到夹爪移动受阻，则向上收缩夹爪回位并发出报警信号。

19、本实施方式中，步骤s30中，向下伸出机械爪时启动红外定位仪，当红外定位仪检测到目标高压熔断器上端杆件时发出一个定位信号，控制器通过红外定位仪和夹爪的位置坐标以及定位信号，将夹爪底部凸起移动到目标高压熔断器上端杆件底部；然后控制夹爪夹紧目标熔断器的上端杆件；再向上收缩机械爪回位。

20、本实施方式中，步骤s40中，启动平面位移装置，将机械爪移动至为收纳高压熔断器的收纳装置正上方，停止机械爪的移动，再向下移动机械爪，当压力传感器检测到目标高压熔断器放下后，停止沿z轴负方向伸出机械爪，再松开目标高压熔断器，再向上收缩机械爪至极限。

21、有益效果：

22、1.通过第一摄像头确定了运载小车与目标高压熔断器之间的间距满足平面位移装置的抓取要求；通过行走机构带动运载小车旋转，使得目标高压熔断器所成的像完全位于两条第一判定线之间，再通过平面位移装置控制机械爪沿x轴方向移动至第一摄像头所在竖直平面，再控制机械爪沿y轴方向移动至目标高压熔断器上方，使得整个目标高压熔断器所成的像完全位于第二摄像头的第二视野边界判定线内。

23、通过旋转机械爪直至目标高压熔断器底座所成的像在第二视野边界判定线内、且目标高压熔断器底座长度方向中心轴所成的像与x轴判定线平行时，停止旋转机械爪；再通过平面位移装置移动机械爪，直至目标高压熔断器底座所成的像在第二视野边界判定线内、且目标高压熔断器底座长度方向中心轴所成的像与x轴判定线重合、且目标高压熔断器底座宽度方向中心轴所成的像与y轴判定线重合时，停止机械爪移动；实现机械爪的位姿调整，便于机械爪能正对目标高压熔断器并实现夹取动作。

24、2.由于机械爪沿z轴方向移动过程中，若第二摄像头检测到机械爪移动受阻，则向上收缩机械爪回位并发出报警信号，解决了机械爪正下方存在障碍物的问题。

25、3.由于通过红外定位仪来检测目标高压熔断器，红外定位仪检测到目标高压熔断器上端杆件时发出一个定位信号，所以控制器可以计算出接收到定位信号之后第三直线移动机构的移动距离，以保证第二夹爪目标高压熔断器准确停留在上端杆件的下方。不仅定位更加准确，而且能够适用于不同型号的高压熔断器。

26、4.初始状态时，由于所述固定环外壁上、所述锁定杆竖直部对应位置上设置有第一限位件，所以第一限位件限制锁定杆竖直部向固定环外转动，由于所述第一限位件顶部设置有磁吸装置，并且所述锁定杆重心位于竖直部上，所述磁吸装置限制锁定杆竖直部向固定环内转动；保证了锁定杆竖直部竖直布设，并且锁定杆水平部水平布设，避免高压熔断器在放置时被锁定杆的水平部或者竖直部卡住。当机械爪将高压熔断器放入收纳装置后，由于高压熔断器自身重力，高压熔断器给锁定杆的水平部施加了向下的压力，使得锁定杆的水平部被下压至固定环的凹槽内，所述锁定杆的竖直部向固定环内转动直至弹簧挡板抵接高压熔断器底座的顶面，弹簧被压缩储存弹性势能，将高压熔断器抱死，形成自锁结构，保证了高压熔断器在搬运过程中不倾倒，不会碰撞损坏，进一步保证了运载安全。当取出高压熔断器时，向上提起收纳装置内的高压熔断器，高压熔断器施加给锁定杆的直线段的压力消失，此时高压熔断器施加给锁定杆的只有底座顶面施加给弹簧挡板的压力，所以所述弹簧伸长释放弹性势能，所述锁定杆向固定环外转动，松开高压熔断器，最后取出高压熔断器，取出高压熔断器之后，锁定杆在磁吸装置的作用下恢复初始状态，取出过程轻松简洁，在保证效率的情况下保证了运载安全。

27、综上所述，本装置方案提供的一种变电站高压熔断器搬运机器人及其控制方法具有定位精准和效率高的效果。