一种GIS检修机器人电控系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种GIS检修机器人电控系统包括：上位机以及与上位机通信连接的第一控制模块和第二控制模块；上位机用于接收操作者的指令，并将相应指令发送给第一控制模块；第一控制模块分别与行进驱动电机组、变形驱动电机组和柔性臂驱动电机组通信连接，用于依据来自上位机的指令，生成各电机组的控制信号，并将生成的控制信号发送给各电机组，由各电机组控制GIS检修机器人动作；第二控制模块，与用于采集视频的相机组件通信连接，生成GIS腔体内三维图像，并与采集的视频信息一起发送给上位机。本发明专利技术还提供了一种GIS检修机器人电控方法。本发明专利技术以第一控制模块和第二控制模块为主控核心的架构，并在这种架构上实现了多线程的并行运行，使得整个电控系统性能更强。使得整个电控系统性能更强。使得整个电控系统性能更强。

【技术实现步骤摘要】
一种GIS检修机器人电控系统及方法


[0001]本专利技术属于电力系统GIS设备(Gas Insulation Switchgear，气体绝缘开关设备)检修
，涉及一种GIS检修机器人的电控系统设计。

技术介绍

[0002]GIS为全封闭设备，检修人员很难进入设备内部查找故障点。GIS检修维护机器人作为一种可以运行在GIS腔体内部的移动机器人平台，可以携带不同的执行机构执行各种任务，在节省人力成本的同时极大提高了作业的效率，值得研究和广泛应用。由于GIS检修维护机器人作业对象及作业环境的特殊性，现有的电控系统设计鲜有涉及到GIS检修机器人，且电控系统逻辑性及系统可扩展性较差。
[0003]因此，目前对于移动机器人平台电控系统设计比较匮乏，研究设计一套针对GIS检修机器人的电控系统设计方案具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对GIS检修机器人作业环境的特殊性，本专利技术目的旨在提供一种GIS检修机器人电控系统，提升机器人运行的可靠性和检修效率。
[0005]本专利技术另一目的旨在提供一种GIS检修机器人电控方法。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案来实现。
[0007]本专利技术提供的GIS检修机器人电控系统包括：上位机以及与上位机通信连接的第一控制模块和第二控制模块；
[0008]上位机，用于接收操作者的指令，并将相应指令发送给第一控制模块和第二控制模块；
[0009]第一控制模块，分别与用于控制GIS检修机器人行进的行进驱动电机组、用于控制GIS检修机器人本体变形的变形驱动电机组和用于控制安装于机器人本体后端柔性臂弯曲的柔性臂驱动电机组通信连接，用于依据来自上位机的指令，生成各电机组的控制信号，并将生成的控制信号发送给各电机组，由各电机组控制GIS检修机器人动作；
[0010]第二控制模块，与用于采集视频的相机组件通信连接，依据相机组件采集的视频数据在ROS系统下生成GIS腔体内三维图像，并与相机组件采集的视频信息一起发送给上位机。
[0011]上述GIS检修机器人电控系统，所述行进驱动电机组、变形驱动电机组和柔性臂驱动电机组均包括配套使用的驱动器和电机，进一步通过设置的相应传感器实时采集各电机运转数据，并将采集的数据反馈给第一控制模块，便于提升第一控制模块的控制精度。
[0012]上述GIS检修机器人电控系统，所述第一控制模块还可以将通过各电机组相应传感器采集的实时数据发送给上位机进行实时显示。所述第一控制模块还与惯性导航模块(IMU模块)通信连接，用于实时获取GIS检修机器人的姿态信息，进一步将获取的GIS检修机器人的姿态信息发送给第二控制模块和上位机。
[0013]上述GIS检修机器人电控系统，相机组包括设置于GIS检修机器人前端的RGB
‑
D相机，设置于GIS检修机器人后端的双目视觉定位相机以及设置于柔性臂末端的视频检查相机或视觉惯性模组。第二控制模块在ROS系统下，依据RGB
‑
D相机采集的视频数据以及GIS检修机器人的姿态信息，采用常规视觉惯性算法(VINS
‑
SLAM)处理得到GIS腔体内三维图像；双位视觉定位相机对GIS腔体内的异物进行定位得到异物定位信息；视觉惯性模组采用本领域已经披露的常规视觉惯性模组，用于获取柔性臂末端姿态信息，并对GIS腔体内进行全方位视频检查。第二控制模块还将GIS腔体内三维图像、GIS腔体内异物定位信息以及GIS腔体内进行全方位视频检查数据发送给上位机进行显示。
[0014]上述GIS检修机器人电控系统，第二控制模块将GIS腔体内异物定位信息发送给第一控制模块，第一控制模块依据异物定位信息，控制柔性臂驱动电机组运转，使柔性臂移动至异物位置处，以实现柔性臂对异物等的自动抓取操作。第二控制模块还可以将视觉惯性模组获取柔性臂末端姿态信息发送给第一控制模块，辅助第一控制模块控制柔性臂驱动电机组运转。
[0015]上述GIS检修机器人电控系统，所述第一控制模块和第二控制模块通过通讯模块(有线通讯模块或无线通讯模块)与上位机通讯连接。在优选实现方式中，所述第一控制模块和第二控制模块通过无线通讯模块与上位机通讯连接。所述无线通讯模块包括无线AP路由以及可能需要的其他外设路由器。无线AP路由包括WiFi模块。所述无线AP路由一端通过ETH(Ethereum，以太坊)网络分别与第一控制模块和第二控制模块连接，另一端通过ETH网络与上位机连接。
[0016]上述GIS检修机器人电控系统，还包括设置于上位机中的电控固件更新处理模块，通过该电控固件更新处理模块对机器人固件(包括第一控制模块、第二控制模块和各电机组配套的驱动器等)进行在线更新。
[0017]上述GIS检修机器人电控系统，第一控制模块还设置有若干拓展模块接口，用于后续拓展GIS检修机器人其他功能。
[0018]上述GIS检修机器人电控系统，还包括安装于GIS检修机器人上的多个外设装置，例如摄像头补光灯、板载测温传感器、环境温湿度传感器、高增益天线等；所述摄像头补光灯在GIS检修机器人本体的位置与相机组各相机位置相适配，用于为各相机补光；所述摄像头补光灯、环境温湿度传感器和板载测温传感器均与第一控制模块连接。所述第一控制模块控制摄像头补光灯的开关，还将实时采集的环境温湿度和第一控制模块的温度发送给上位机。所述高增益天线安装于无线通讯模块上，用于增强信号传输效果。
[0019]上述GIS检修机器人电控系统，还包括电源装置，所述电源装置用于为第一控制模块、第二控制模块、各电机组、拓展模块、外设装置等供电。所述电源装置包括锂电池组，电池充放电管理模块，驱动电源管理模块，功率监测模块，电源转换模块以及芯片电源管理模块。所述功率监测模块分别与充电电源输入端、电池充放电管理模块、驱动电源管理模块、电源转换模块以及第一控制模块连接，用于依次来自第一控制模块的控制信号，分别经电源转换模块和驱动电源管理模块向第一控制模块、第二控制模块、通讯模块和各电机组供电，并对电源转换模块、电池充放电管理模块和驱动电源管理模块功率进行监测，当电流、电压过大等状况出现时，提醒操作者出现意外情况。所述锂电池组为充电电源，在充电电源没有接入时，代替充电电源供电。所述电池充放电管理模块用于对锂电池组电量使用情况
进行管理，且当锂电池组电量低于设定阈值时，提醒操作者接入充电电源。所述驱动电源管理模块用于依据经第一控制模块传送的上位机指令信息，打开各个电机组的驱动器电源开关，为各电机组提供供电；同时在紧急情况下可直接关闭开关，防止对GIS检修机器人造成损伤。所述电源转换模块用于对来自充电电源或锂电池组的电流进行调整，并为第一控制模块和芯片电源管理模块供电。所述芯片电源管理模块用于对电流进一步调整，为无线通讯模块、第二控制模块以及拓展模块等进行供电。
[0020]上述GIS检修机器人电控系统，所述上位机用于将控制机器人的操作指令(包括各电机组、相机组的启动指令，GIS检修机器人运行指令本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GIS检修机器人电控系统，其特征在于，包括：上位机以及与上位机通信连接的第一控制模块和第二控制模块；上位机，用于接收操作者的指令，并将相应指令发送给第一控制模块和第二控制模块；第一控制模块，分别与用于控制GIS检修机器人行进的行进驱动电机组、用于控制GIS检修机器人本体变形的变形驱动电机组和用于控制安装于机器人本体后端柔性臂弯曲的柔性臂驱动电机组通信连接，用于依据来自上位机的指令，生成各电机组的控制信号，并将生成的控制信号发送给各电机组，由各电机组控制GIS检修机器人动作；第二控制模块，与用于采集视频的相机组件通信连接，依据相机组件采集的视频数据在ROS系统下生成GIS腔体内三维图像，并与相机组件采集的视频信息一起发送给上位机。2.根据权利要求1所述的GIS检修机器人电控系统，其特征在于，所述第一控制模块还将通过各电机组相应传感器采集的实时数据发送给上位机进行实时显示。3.根据权利要求1或2所述的GIS检修机器人电控系统，其特征在于，所述第一控制模块还与惯性导航模块通信连接，用于实时获取GIS检修机器人的姿态信息，进一步将获取的GIS检修机器人的姿态信息发送给第二控制模块和上位机。4.根据权利要求3所述的GIS检修机器人电控系统，其特征在于，相机组包括设置于GIS检修机器人前端的RGB
‑
D相机，设置于GIS检修机器人后端的双目视觉定位相机以及设置于柔性臂末端的视频检查相机或视觉惯性模组。5.根据权利要求4所述的GIS检修机器人电控系统，其特征在于，所述第二控制模块将双目视觉定位相机得到的异物定位信息发送给第一控制模块，第一控制模块依据异物位置信息，控制柔性臂驱动电机组运转，使柔性臂移动至异物位置处，以实现柔性臂对异物的自动抓取操...

【专利技术属性】
技术研发人员：佃松宜，杨家勇，刘佳鑫，吴霖，代滔滔，李胜川，周桂平，李勇，郭锐，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院国网山东省电力公司，
类型：发明
国别省市：