本發明屬于電力技術領域，具體涉及一種帶電作業機器人跌落式熔斷器檢測方法。

背景技術：

10kv線路中，跌落式熔斷器是一種必不可少的器件，是配電線路分支線和配電變壓器最常用的一種短路開關。當線路中的電流過大時，跌落式熔斷器中熔絲會因為電流過大而發熱熔斷，由于熔絲熔斷，熔絲管的上下觸頭失去熔絲的系緊力，在其自重作用下熔絲管自動跌落，使線路斷開，切除故障線路和設備。

隨著配電網的發展，跌落式熔斷器的使用量巨大。通常，跌落式熔斷器需要定期的人工維護，傳統的做法是在春檢時停電對跌落式熔斷器做停電檢修，工作量大，若停電面積較大，會造成無法估量的損失，嚴重影響供電企業的經濟效益和社會效益。現在廣大研究人員也在積極研究跌落式熔斷器在線監測的方法，但該方法在線監測的方式需要在監測地點放置在線監測設備，改造線路，無法適用于原有線路。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是，在不斷電的情況下，帶電作業機器人的機械臂通過搖操作或者自主作業的方式對跌落式熔斷器進行帶電檢測，避免了作業人員在帶電高壓線路附近作業所帶來的危險，相對于人工的帶電檢測作業簡化了作業步驟，且由于攜帶多種專業檢測設備，檢測結果相對于人工檢測更加精確。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種帶電作業機器人跌落式熔斷器更換方法，帶電作業機器人具有設置在機器人平臺上的機械臂，包括第一機械臂、第二機械臂以及輔助機械臂，第一機械臂、第二機械臂以及輔助機械臂響應于控制數據完成以下工作：

第一機械臂、第二機械臂和輔助機械臂的端部分別安裝局部放電檢測儀、紅外攝像頭和高清攝像頭；

第一機械臂、第二機械臂以及輔助機械臂攜帶局部放電檢測儀、紅外攝像頭和高清攝像頭在待檢測跌落式熔斷器周圍進行移動和數據檢測；局部放電檢測儀、紅外攝像頭和高清攝像頭將檢測數據通過通信系統出輸給數據處理與控制系統；數據處理與控制系統對局部放電檢測儀、紅外攝像頭以及高清攝像頭采集的局部放電數據、紅外熱像圖數據和高清圖像數據進行處理，將獲得的相關指標數值與數據庫中正常數值進行對比，以判斷測跌落式熔斷器的工作狀態，從而形成檢測報告。

進一步，在作業前，第一機械臂和第二機械臂端部安裝夾持工具，用夾持工具夾持絕緣遮蔽材料對標記的帶電體進行絕緣遮蔽；在作業完畢后，第一機械臂和第二機械臂端部安裝夾持工具，用夾持工具清除覆蓋在帶電體上的絕緣遮蔽材料。

進一步，所述數據處理與控制系統在獲得局部放電檢測儀、紅外攝像頭以及高清攝像頭的檢測數據后，根據相關指標數值與數據庫中正常數值對比的結果，先進行初步分析；對于異常指標數值所對應的檢測點，第一機械臂、第二機械臂以及輔助機械臂攜帶局部放電檢測儀、紅外攝像頭和高清攝像頭再次進行檢測；數據處理與控制系統根據局部放電檢測儀、紅外攝像頭以及高清攝像頭再次獲得的相關指標數值，判斷測跌落式熔斷器的工作狀態。

進一步，所述控制數據為各機械臂關節運動的角度期望值，該角度期望值由帶電作業機器人數據處理和控制系統根據設置于絕緣斗臂車內的主操作手各關節角度變化數據解算獲得；主操作手包括第一主操作手、第二主操作手和輔助主操作手；第一主操作手、第二主操作手和輔助主操作手分別與第一機械臂、第二機械臂和輔助機械臂對應，構成主從操作關系。

進一步，所述絕緣斗臂車上設置有控制室，所述數據處理和控制系統包括第一工控機、第二工控機、顯示屏和主操作手，第二工控機內置圖像處理器，顯示屏和主操作手位于控制室內；所述攝像機采集的作業場景圖像發送給第二工控機，圖像處理器對作業場景圖像進行處理后獲的3D虛擬作業場景，并送顯示器顯示。

進一步，所述控制數據為各機械臂關節運動的角度期望值；帶電作業機器人數據處理和控制系統根據各機械臂與作業對象的相對位置以及作業任務動作序列，使用笛卡爾空間路徑規劃方法規劃出各機械臂的空間路徑，然后根據空間路徑解算出各機械臂關節運動的角度期望值。

進一步，所述帶電作業機器人，包括絕緣斗臂車，搭載在絕緣斗臂車上的機器人平臺，安裝在機器人平臺上的機械臂；

所述機械臂包括第一機械臂、第二機械臂和輔助機械臂，所述攝像機包括雙目攝像頭，所述第一機械臂、第二機械臂和輔助機械臂上均搭載有雙目攝像頭，所述第一機械臂、第二機械臂和輔助機械臂配合完成帶電作業，其中，輔助機械臂用于夾持作業對象，第一機械臂和第二機械臂使用作業工具進行作業操作；

所述數據處理和控制系統包括第一工控機、第二工控機，第二工控機內置圖像處理器和帶電作業動作序列庫，

所述帶電作業動作序列庫中預先存儲有各項帶電作業對應的動作序列數據；

所述攝像機采集的作業場景圖像發送給第二工控機，圖像處理器對作業場景圖像進行處理后獲的機械臂與作業對象之間的相對位置關系，第二工控機根據所述相對位置關系以及具體帶電作業所對應的動作序列規劃機械臂的空間路徑，并將所述機械臂的空間路徑數據發送給第一工控機；

第一工控機根據所述機械臂的空間路徑解算出所述控制數據。

進一步，所述機械臂或者主操作手為六自由度機構，包括基座，旋轉軸方向與基座平面垂直的腰關節，與腰關節連接的肩關節，與肩關節連接的大臂，與大臂連接的肘關節，與肘關節連接的小臂，與小臂連接的腕關節，腕關節由三個旋轉關節組成，分別為腕俯仰關節、腕搖擺關節和腕旋轉關節；

所述六自由度機構中各個關節均具有相應的正交旋轉編碼器和伺服驅動電機，正交旋轉編碼器用于采集各個關節的角度數據，伺服驅動電機用于控制各關節的運動；

第一工控機根據機械臂各關節角度的期望值，通過控制伺服驅動電機控制按機械臂各關節運動。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：

(1)本發明方法能夠在不斷電、不帶負荷的情況下通過帶電作業機器人的機械臂對跌落式熔斷器進行帶電檢測，避免了停電帶來的負面影響，大幅度減少停電時間，提高供電可靠率，緩解用電投訴矛盾；

(2)本發明使用帶電作業機器人代替人進行帶電檢測作業，相比于遠處觀察法具有更加豐富的功能；

(3)本發明使用帶電作業機器人相比于需要近距離絕緣手套作業跌落式熔斷器的檢測方法能免于考慮電弧產生時對人體的灼傷和觸電危險、高空墜落問題；

(4)本發明使用帶電作業機器人由操作人員搖桿控制，對于作業人員勞動強度要求小，減少了作業強度大出現人為失誤的情況，大大提高了作業過程中的安全性，從一定程度上可以減少事故的發生。

附圖說明

圖1為本發明帶電作業機器人一種實施例的整體結構示意圖；

圖2為本發明中絕緣斗臂車的系統組成框圖；

圖3為本發明中機器人平臺的結構示意圖；

圖4為本發明中機械臂的結構示意圖。

圖5是本發明方法流程圖。

圖6是本發明中帶電作業機器人帶電檢測跌落式熔斷器的作業環境示意圖。

其中，100為桿塔、101為上引線、102為下引線、103為橫擔、104為跌落式熔斷器；1為絕緣斗臂車、2為控制室、3為伸縮臂、4為機器人平臺；46為絕緣子、43為第一機械臂、44為第二機械臂、42為輔助機械臂、48為第一工控機、45為雙目攝像頭、41為全景攝像頭、410為深度攝像頭、49為蓄電池、47為機械臂專用工具箱、105為高清攝像頭106為紅外攝像頭107為局部放電檢測儀；431為基座、432為腰關節、433為肩關節、434為大臂、435為肘關節、436為小臂、437為腕關節。

具體實施方式

容易理解，依據本發明的技術方案，在不變更本發明的實質精神的情況下，本領域的一般技術人員可以想象出本發明帶電作業機器人跌落式熔斷器檢測方法的多種實施方式。因此，以下具體實施方式和附圖僅是對本發明的技術方案的示例性說明，而不應當視為本發明的全部或者視為對本發明技術方案的限制或限定。

結合附圖，帶電作業機器人包括絕緣斗臂車1、控制室2、伸縮臂3、機器人平臺4。其中，絕緣斗臂車1上架設控制室2和伸縮臂3，伸縮臂3末端連接機器人平臺4，機器人平臺4與控制室2之間采用光纖以太網通信或者無線網絡通信。

絕緣斗臂車1可供操作人員駕駛，從而將機器人平臺4運輸到作業現場。絕緣斗臂車1上裝有支撐腿，支撐腿可以展開，從而將絕緣斗臂車1與地面穩固支撐。絕緣斗臂車1上裝有發電機，從而給控制室2及伸縮臂3供電。

伸縮臂3設有沿伸縮方向的驅動裝置，操作人員可以通過控制驅動裝置，從而將機器人平臺4升降到作業高度。該伸縮臂3由絕緣材料制成，用于實現機器人平臺4與控制室2的絕緣。在本發明中，伸縮臂3可有由剪叉式升降機構或其他機構代替。

作為一種實施方式，控制室2中設置有第二工控機、顯示屏、第一主操作手、第二主操作手、輔助主操作手以及通信模塊等。

作為一種實施方式，機器人平臺4包括絕緣子46、第一機械臂43、第二機械臂44、輔助機械臂42、第一工控機48、雙目攝像頭45、全景攝像頭41、深度攝像頭410、蓄電池49、專用工具箱47、通信模塊。

機器人平臺4的絕緣子46用于支撐第一機械臂43、第二機械臂44、輔助機械臂42，將這三個機械臂的外殼與機器人平臺4絕緣。

蓄電池49為第一工控機48、第一機械臂43、第二機械臂44、輔助機械臂42、全景攝像頭41、雙目攝像頭45、深度攝像頭410、通信模塊供電。

作為一種實施方式，雙目攝像頭45一共有三個，分別安裝在第一機械臂43、第二機械臂44和輔助機械臂42的腕關節437上，負責采集作業場景的圖像數據，并將圖像數據發送給第二工控機。雙目攝像頭45由兩個光軸平行的工業相機組成，平行光軸之間的距離固定。

深度攝像頭410安裝在機器人平臺4正對作業場景的側面，負責采集作業場景的景深數據，將景深數據發送給第二工控機。

全景攝像頭41通過支架安裝在機器人平臺4的上方，負責采集作業場景的全景圖像數據，將圖像數據發送給第二工控機，并顯示在顯示器上，作業人員可以通過全景圖像監控作業場景。

專用工具箱47是放置抓具、扳手等作業工具的場所。機械臂末端安裝有工具快換裝置。機械臂根據作業任務的類型到專用工具箱47中使用工具快換裝置獲取作業工具。

控制室2中第一主操作手、第二主操作手以及輔助主操作手是一種用于人工遠程操作機械臂的操作裝置，他們與第一機械臂43、第二機械臂44和輔助機械臂42構成主從操作關系。機械臂和主操作手具有相同的結構，只是主操作手尺寸規格比機械臂小，以便于操作人員操作。機械臂和主操作手擁有六個關節，每個關節都有光電編碼器采集角度數據，各主操作手的微型控制器通過串口將六個關節的角度數據發送給第二工控機。

作為本發明一個實施例，所述機械臂為六自由度機構，包括基座431，旋轉軸方向與基座平面垂直的腰關節432，與腰關節432連接的肩關節433，與肩關節433連接的大臂434，與大臂434連接的肘關節435，與肘關節435連接的小臂436，與小臂436連接的腕關節437，腕關節437由三個旋轉關節組成，分別為腕俯仰關節、腕搖擺關節和腕旋轉關節；所述六自由度機構中各個關節均具有相應的正交旋轉編碼器31和伺服驅動電機，正交旋轉編碼器31用于采集各個關節的角度數據，伺服驅動電機用于控制各關節的運動；第一工控機根據所述機械臂的空間路徑解算出各關節的運動角度，控制伺服驅動電機按照所述運動角度控制機械臂各關節運動。

作為一種實施方式，機器人平臺4與控制室2之間的數據傳輸通過光纖有線傳輸，或者使用無線網絡傳輸。機器人平臺4上的通信模塊是光纖收發器，光纖收發器用于實現光纖中的光信號與雙絞線中的電信號的相互轉換，從而在通信上實現機器人平臺4與控制室2的電氣隔離。控制室2中的通信模塊是光纖收發器，光纖收發器用于實現光纖中的光信號與雙絞線中的電信號的相互轉換，從而在通信上實現機器人平臺4與控制室2的電氣隔離。

作為一種實施方式，第二工控機可以完成以下任務：

建立動作序列庫。預先將各項帶電作業任務分解為作用序列，組成動作序列庫，存儲在第二工控機中，用于機械臂路徑規劃。

建立作業對象模型庫。預先制作各項帶電作業任務所涉及的作業對象的三維模型和目標識別模型，例如，根據電力塔桿、電線、耐張絕緣子、隔離刀閘、避雷器等器件實物，制作三維模型和目標識別模型，用于帶電作業機器人自動識別作業對象，構建作業場景三維虛擬場景。

建立機械臂和專用工具模型庫。預先制作機械臂和專用工具的三維模型和目標識別模型，例如，扳手等，用于帶電作業機器人自動構建作業場景三維虛擬場景，規劃機械臂空間路徑。

獲取圖像數據。獲取全景圖像、深度圖像和雙目圖像的數據信息。

根據圖像數據識別和跟蹤作業目標。

獲取主操作手的角度、角速度和角加速度數據，獲取機械臂的角度、角速度和角加速度數據。

對相關圖像數據進行處理和計算，獲取機械臂位置，獲取作業對象的位置，獲取機械臂與作業對象之間的相對位置，并根據相對位置和作業任務規劃機械臂的空間路徑。

根據圖像數據構建作業對象三維場景，根據機械臂角度信息和作業對象三維場景獲得機械臂與作業對象的相對位置，并根據相對位置和作業任務規劃機械臂的空間路徑。

對相關圖像數據進行處理和計算，構建3D虛擬作業場景，送顯示器顯示，操作人員根據3D虛擬作業場景監控作業過程。與全景圖像相比，3D虛擬作業場景綜合和深度圖像信息和雙目圖像信息，對機器臂與作業對象之間、機械臂之間、作業對象與作業環境之間的相對位置的判斷更精確，且不會存在視覺死角。因此，操作人員通過3D虛擬作業場景進行作業監控，操作精度更高，可以防止碰撞發生，提高了安全性。同時，3D虛擬作業場景顯示在控制室2中的顯示器上，遠離機械臂作業現場，提高了人作業人員的人身安全。

作為一種實施方式，第一工控機可以完成以下任務：

根據第二工控機發送的主操作手各關節的角度信息，控制機械臂各關節的運動。

獲取第二工控機發送的機械臂的空間路徑數據，根據作業任務的動作序列，解算出機械臂各關節的角度數據運動量，并控制機械臂各關節運動。

本發明中，第一機械臂和第二機械臂相互配合，可以模仿人的兩個手的作業順序完成帶電作業。考慮到靈活性，可以再增加一個強壯的輔助機械臂，此時，輔助機械臂專司器件夾持等力道大的動作，第一機械臂和第二機械臂則進行相關業務操作。

根據第二工控機和第一工控機完成的不同任務的組合，本發明帶電作業機器人既可以由作業人員進行遠程搖操作以完成帶電作業，又可以進行自主帶電作業。在進行帶電作業之前，作業人員先通過觀察全景圖像，將機器人平臺4移動至作業對象附近。

如果選擇人工遠程搖操作，則由第二工控機根據數目圖像和深度圖像構建3D虛擬作業場景并送顯示器顯示，作業人員通過3D虛擬作業場景監控操作過程，通過主操作手控制機械臂的動作，以完成帶電作業。在此過程中，作業人員改變主操作手姿態后，主操作手中各關節的光電編碼器采集各關節角度，各主操作手的微型控制器通過串口將各關節的角度數據發送給第二工控機。第二工控機將主操作手各關節的角度數據作為機械臂各關節角度的期望值發送給第一工控機，第一工控機根據角度期望值通過伺服電機控制機械臂各關節的運動，已完成帶電作業。

如果選擇自主作業，則由第二工控機根據數目圖像和深度圖像計算獲取作業對象和機械臂之間的相對位置關系，然后依據作業任務所對應的動作序列進行機械臂空間路徑規劃，并將空間路徑發送給第一工控機，第一工控機解算出機械臂各關節需要轉動的角度數據作為機械臂各關節角度的期望值，通過伺服電機控制機械臂各關節的運動，已完成帶電作業。

使用上述帶電作業機器人對跌落式熔斷器進行檢測的過程為：

一、準備階段

作業人員進行帶電作業機器人檢測跌落式熔斷器104的作業準備，檢查氣象條件、核對桿塔號、布置現場、對絕緣用具進行檢查測試。絕緣斗臂車1駕駛員將絕緣斗臂車1駛入桿塔100附近位置并布置現場。控制室2內操作人員根據顯示器顯示實景的圖像，操作操作搖桿控制伸縮臂3，將機器人平臺4移動至進入作業位置。控制室4內操作人員根據機械臂上雙目攝像頭45返回的實景圖像對作業范圍內在絕緣安全距離內的帶電體進行標記。

二、檢測檢測階段

第一機械臂43、第二機械臂44以及輔助機械臂42響應于控制數據完成以下工作：

第一機械臂43和第二機械臂44端部安裝夾持工具，用夾持工具夾持絕緣遮蔽材料對標記的帶電體進行絕緣遮蔽。絕緣遮蔽材料如絕緣護套、環氧玻璃布等。第一機械臂43與第二機械臂44停止夾持絕緣遮蔽材料，移動機械臂末端至機械臂專用工具箱47上方。第一機械臂43、第二機械臂44以及輔助機械臂42末端分別換裝局部放電檢測儀107、紅外攝像頭106和高清攝像頭105。局部放電檢測儀107主要檢測跌落式熔斷器在工作情況下是否有電火花和接觸不良；紅外攝像頭106拍攝的紅外熱像圖主要查看跌落式熔斷器在工作時有無發熱情況；高清攝像頭105拍攝的高清圖像主要查看跌落式熔斷器各鑄件是否有裂紋、沙眼、銹蝕等現象，彈簧是否有銹蝕現象，熔絲管是否有彎曲現象，其軸線與地面之間的夾角是否符合要求。紅外熱像圖和高清圖像可以數據處理和控制系統送顯示器顯示。

第一機械臂43、第二機械臂44以及輔助機械臂42攜帶局部放電檢測儀107、紅外攝像頭106和高清攝像頭105在待檢測跌落式熔斷器104周圍移動并檢測；局部放電檢測儀107、紅外攝像頭106和高清攝像頭105將檢測數據通過光纖通信系統返回到第二工控機。第二工控機對局部放電檢測儀107、紅外攝像頭106以及高清攝像頭105采集的局部放電數據、紅外熱像圖數據和高清圖像數據進行初步處理，將獲得的相關指標數值與數據庫中正常數值進行對比，以判斷測跌落式熔斷器104的工作狀態，從而形成初步檢測報告。

第二工控機根據初步檢測報告，分析出處于正常運行范圍以外指標數據所對應的測跌落式熔斷器104監測點并對這些監測點再次進行檢測，即第一機械臂43、第二機械臂44和輔助機械臂42攜帶局部放電檢測儀107、紅外攝像頭106和高清攝像頭105在非正常運行數據的檢測點周圍再次移動檢測，第二工控機結合重新測得的檢測點數據，與其數據庫中正常范圍進行對比，形成最終檢測報告。

檢測完畢后，第一機械臂43和第二機械臂44換裝夾持工具，夾持覆蓋在帶電體上的絕緣遮蔽材料，清楚絕緣遮蔽材料。