本发明涉及变电站技术领域，特别是涉及一种变电站设备带电检修维护作业机器人控制系统。
背景技术：
随着社会的不断发展，电网的发展面临高供电可靠性、高负荷密度、高电能质量的需求，用户对停电时间要求愈发严格，重要关键线路很难安排停电，停电检修机会越来越少。因此，电网对于先进的带电检修作业技术有十分迫切的需求。鉴于变电站内存在电压等级高、站内设备密集、设备体积重量大等情况，人工带电作业开展存在较大的困难，因此，目前尝试采用机器人技术来进行带电检修作业，以满足上述需求。
例如，公告号为cn103056866b、名称为“变电站带电作业机器人”的中国专利发明专利，提供了一种变电站带电作业机器人，包括工作机和远程遥控指挥车，控制系统通过无线通信进行信号传递，从而提高作业人员的操作安全性能。再如，公告号为cn104998850b、名称为“变电站带电水冲洗机器人系统及方法”的中国发明专利，公开了一种变电站带电水冲洗机器人系统，包括主冲洗机器人、辅助冲洗机器人、纯水制备装置，主冲洗机器人和辅助冲洗机器人分别与纯水制备装置通过高压管路连接，该系统利用机器人代替人工完成变电站绝缘子冲洗作业，使操作人员位于安全区域内，保障了操作人员的安全，降低的劳动强度，提高冲洗效率和自动化水平。
然而，上述现有技术仍存在下列缺点，首先，每一项技术分别只能完成一项带电作业内容，而不能使机器人像人一样能够通过夹持不同的工具来完成不同的带电作业任务；其次，现有技术的研究重点主要是机器人系统的硬件结构，而未能提供相应的机器人控制系统，特别是能够针对一种机器人来完成多种作业的复杂控制。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种变电站设备带电检修维护作业机器人控制系统，能够实现对利用一种机器人来完成多种作业的复杂控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种变电站设备带电检修维护作业机器人控制系统，其中，该变电站设备带电检修维护作业机器人包括移动车体、绝缘升降机构和作业工具，所述绝缘升降机构安装于所述移动车体上，所述作业工具则设置于所述绝缘升降机构，所述控制系统包括手持遥控终端、第一信号传送模块、机器人本体控制器、第二信号传送模块、工具控制器以及机器人轴运动控制模块，所述手持遥控终端用于对所述机器人进行遥控操作，该手持遥控终端发出控制信号并通过所述第一信号传送模块将该控制信号传送至所述机器人本体控制器；所述机器人本体控制器相应发送控制指令至所述工具控制器与所述机器人轴运动控制模块，该工具控制器用以控制所述作业工具的作业，该机器人轴运动控制模块则用以控制所述机器人的各轴的运转，其中，所述机器人本体控制器通过所述第二信号传送模块传送所述控制指令于所述工具控制器。
较佳地，所述控制系统还包括智能控制模块以及第三信号传送模块，该智能控制模块用以采集所述机器人的作业状态数据，并通过所述第三信号传送模块与所述机器人本体控制器实现数据交互。
较佳地，所述智能控制模块包括智能控制器以及激光定位装置，所述激光定位装置安装于所述绝缘升降机构的末端，该激光定位装置采用面扫描方式进行机器人作业平面内所述作业工具与被作业变电站设备间的距离信息的采集；所述智能控制器连接所述激光定位装置，以控制所述激光定位装置进行所述距离信息的采集。
较佳地，所述智能控制模块还包括工业摄像机，所述工业摄像机安装于所述绝缘升降机构的末端，该工业摄像机对所述机器人的作业进行实时视频数据采集，所述智能控制器连接于所述工业摄像机，以控制所述工业摄像机进行所述数据采集。
较佳地，所述控制系统还包括机器人监控后台，该机器人监控后台通过所述第三信号传送模块与所述机器人本体控制器、所述智能控制模块连接，实现三者的数据交互。
较佳地，所述第三信号传送模块为网络路由器，所述智能控制模块和所述机器人本体控制器通过rj45接口与所述网络路由器连接，所述机器人监控后台与所述网络路由器无线通信连接。
较佳地，所述激光定位装置、所述智能控制器、所述机器人本体控制器以及所述机器人轴运动控制模块形成基于激光信息的闭环控制系统。
较佳地，所述机器人轴运动控制模块包括编码器、编码器数据采集模块、模拟量输出模块以及液压伺服阀，所述编码器安装于所述机器人的各轴上，随各轴的旋转而产生相应的各轴的旋转角度数据；所述编码器数据采集模块与所述编码器连接，以采集该编码器所产生的各轴的旋转角度数据，并将所采集的各轴的旋转角度数据输入至所述机器人本体控制器；所述机器人本体控制器通过所述模拟量输出模块将其相应于所述各轴的旋转角度数据而产生的控制指令传送至所述液压伺服阀，以使所述液压伺服阀相应驱动所述机器人的各轴运转。
较佳地，所述智能控制模块设置于所述绝缘升降机构上并由独立电源供电。
较佳地，所述第一信号传送模块包括手持遥控端无线发送模块、手持遥控端无线接收模块以及模拟量输入模块，所述手持遥控终端与所述手持遥控端无线发送模块相连，所述手持遥控端无线发送模块与所述手持遥控端无线接收模块之间无线通信连接，所述手持遥控端无线接收模快与所述模拟量输入模块相连，所述机器人本体控制器连接至所述模拟量输入模块。
较佳地，所述第二信号传送模块包括开关量输出模块、工具端无线发送模块以及工具端无线接收模块，所述机器人本体控制器连接至所述开关量输出模块，所述开关量输出模块与所述工具端无线发送模块相连，所述工具端无线发送模块与所述工具端无线接收模块之间无线通信连接，所述工具端控制器与所述工具端无线接收模块相连，且该工具端控制器与所述作业工具的控制电机驱动器连接。
较佳地，所述作业工具包括带电水冲洗工具、绝缘子清扫工具、绝缘子干冰清洗工具以及导线压接工具。
本发明能够实现对利用一种机器人来完成多种作业的复杂控制，进而使得利用一种机器人夹持不同的作业工具来完成不同的带电作业任务的情况能够得以实现。本发明可采用遥控操作与局部自主作业相结合的控制方式，能够实现机器人的大范围快速遥控移动和近距离自主作业，在提高系统智能性的同时又保证了系统的实用性。此外，本发明中机器人作业平台端设备和移动车体端设备都采用独立电源供电，有效保护了绝缘升降机构，提高了作业绝缘安全。
附图说明
图1为本发明变电站设备带电检修维护作业机器人控制系统的结构框图。
图2为本发明的手持遥控终端、第一信号传送模块及机器人本体控制器的结构框图。
图3为本发明的工具控制器、第二信号传送模块及机器人本体控制器的结构框图。
图4为本发明的机器人本体控制器及机器人轴运动控制模块的结构框图。
图5为本发明的机器人本体控制器、智能控制模块及机器人监控后台的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
本发明变电站设备带电检修维护作业机器人控制系统，用以控制变电站设备带电检修维护作业机器人的运行，该变电站设备带电检修维护作业机器人包括移动车体、绝缘升降机构和作业工具，绝缘升降机构安装于移动车体上，作业工具则被夹持于绝缘升降机构上，该作业工具可包括带电水冲洗工具、绝缘子清扫工具、绝缘子干冰清洗工具、导线压接工具等各种作业工具。该机器人在本发明控制系统的控制下，利用移动车体和绝缘升降机构将不同的作业工具运送至变电站内具有一定高度的作业位置，利用不同的作业工具实现对变电站设备的多种带电检修维护作业，如带电水冲洗、绝缘子清扫、绝缘子干冰清洗、导线压接等。
如图1所示，本发明变电站设备带电检修维护作业机器人控制系统包括机器人本体控制器10、手持遥控终端20、工具控制器30、第一信号传送模块40、第二信号传送模块50、机器人轴运动控制模块60、智能控制模块70、第三信号传送模块80以及机器人监控后台90。
其中，手持遥控终端20通过第一信号传送模块40将控制信号传送至机器人本体控制器10，来实现对机器人的遥控操作。如图2所示，第一信号传送模块40包括手持遥控端无线发送模块41、手持遥控端无线接收模块42以及模拟量输入模块43，该手持遥控终端20与手持遥控端无线发送模块41相连，手持遥控端无线发送模块41与手持遥控端无线接收模块42之间无线通信连接，手持遥控端无线接收模快42与模拟量输入模块43相连，机器人本体控制器10通过网口连接模拟量输入模块43，采用ethercat总线通信方式与模拟量输入模块43实现数据的交互。手持遥控端无线发送模块41和手持遥控端无线接收模块42组合使用，可将手持遥控终端20发出的模拟量控制信号发送给模拟量输入模块43，再由该模拟量输入模块43将该控制信号发送到机器人本体控制器10。
工具控制器30用以根据机器人本体控制器10的控制指令，对机器人的作业工具进行控制。该工具控制器30藉由第二信号传送模块50接收机器人本体控制器10发出的控制指令。如图3所示，该第二信号传送模块50包括开关量输出模块51、工具端无线发送模块52以及工具端无线接收模块53，该机器人本体控制器10通过网口连接开关量输出模块51，采用ethercat总线通信方式与开光量输出模块51实现数据的交互。开关量输出模块51与工具端无线发送模块52相连，工具端无线发送模块52与工具端无线接收模块53无线通信连接，工具端控制器30与工具端无线接收模块53相连。工具端无线发送模块52和工具端无线接收模块53组合使用，可将机器人本体控制器10发出的开关量控制指令传送到工具控制器30。该工具端控制器30与作业工具的控制电机驱动器连接，可以通过开关量控制作业工具的作业启停等相关动作。
机器人轴运动控制模块60用以控制机器人各轴的运转，如图4所示，包括编码器61、编码器数据采集模块62、模拟量输出模块63以及液压伺服阀64。编码器61安装于机器人的各轴上，随轴的旋转而产生相应的旋转角度数据。编码器数据采集模块62与相应编码器61连接，以采集编码器61所产生的各轴旋转角度数据，并将所采集的数据输入至机器人本体控制器10。该机器人本体控制器10可通过rj45接口与编码器数据采集模块62连接，来实现机器人各轴旋转角度数据的采集。液压伺服阀64用以驱动机器人的各轴运转，模拟量输出模块63连接相应的液压伺服阀64以及机器人本体控制器10。机器人本体控制器10在接收到控制信息或机器人各轴旋转角度数据时，会相应产生控制指令，该控制指令经模拟量输出模块63传送至液压伺服阀64，使得液压伺服阀64驱动机器人的各轴运转，来实现机器人的运行。该机器人本体控制器10可通过rj45接口与模拟量输出模块63连接，实现机器人各轴运动控制指令的下发。
机器人轴运动控制模块60的编码器61、编码器数据采集模块62、模拟量输出模块63、液压伺服阀64的数量可根据机器人的轴的数量相应配置。
智能控制模块70用以对采集机器人作业状态数据，并与机器人本体控制器10实现数据交互。如图5所示，智能控制模块70包括智能控制器71、工业摄像机72以及激光定位装置73，其中，工业摄像机72安装于机器人绝缘升降机构的末端，对机器人作业进行实时视频数据采集；激光定位装置73亦安装于机器人绝缘升降机构的末端，其采用面扫描方式，进行机器人作业平面内作业工具与被作业设备间的距离信息的采集；智能控制器71连接于工业摄像机72和激光定位装置73，以控制工业摄像机72和激光定位装置73进行数据或信息的采集。智能控制器71可通过rj45接口与工业摄像机72和激光定位装置73连接。该智能控制器71还通过第三信号传送模块80与机器人本体控制器10进行数据交互，在本实施例中，该第三信号传送模块80为网络路由器，智能控制器71和机器人本体控制器10通过rj45接口与网络路由器连接，通过网络实现数据的交互。
本发明还设置有机器人监控后台90，该机器人监控后台90亦通过与第三信号传送模块80与机器人本体控制器10、智能控制器71连接，实现三者的数据交互，如图5所示，进而可于机器人监控后台90实现控制命令的下发和机器人运行状态的显示。机器人监控后台90可与第三信号传送模块80无线通信（如wifi）。
基于上述设置，本发明变电站设备带电检修维护作业机器人控制系统，可由手持遥控终端20输入控制信息，实现对机器人的遥控操作，此时，机器人本体控制器10将应该控制信息产生并发送相应控制指令至机器人轴运动控制模块60、工具控制器30，来控制机器人及其作业工具的运行。
除此之外，本发明变电站设备带电检修维护作业机器人控制系统还可形成基于激光信息的闭环控制系统，来实现机器人末端位置闭环自动控制。该闭环控制系统由激光定位装置73、智能控制器71、机器人本体控制器10、机器人轴运动控制模块60构成，基于激光定位装置73于机器人绝缘升降机构的末端采集的机器人作业平面内作业工具与被作业设备间的距离信息，进行机器人作业的自动调节。
在操作过程中，本发明变电站设备带电检修维护作业机器人控制系统可采用上述遥控操作与局部自主作业相结合的控制方式。例如，当机器人距离变电站设备较远时，采用操作手持遥控终端，实现机器人的移动车体和绝缘升降机构的大范围的快速遥控操作；当机器人作业端距离变电站设备较近时，采用基于激光信息的闭环自动控制，实现机器人的近距离作业时的自主作业。
上述的控制过程与机器人运行状态均可由机器人监控后台90实时监控，而且机器人监控后台90亦可直接下达控制命令于机器人本体控制器10和智能控制器71，以实现对机器人的控制。
本发明变电站设备带电检修维护作业机器人控制系统中，机器人本体控制器10、手持遥控端无线接收模块42、模拟量输入模块43、开关量输出模块51、工具端无线发送模块52、编码器数据采集模块62、模拟量输出模块63、第三信号传送模块80的网络路由器安装于机器人的移动车体，智能控制模块70设置于机器人作业平台（绝缘升降机构末端）。为了不破坏绝缘升降机构的性能，机器人作业平台端设备和移动车体端设备都采用独立电源供电。工具控制器30、工具端无线接收模块53设置于作业工具。
藉由上述说明可知，本发明能够实现对利用一种机器人来完成多种作业的复杂控制，进而使得利用一种机器人夹持不同的作业工具来完成不同的带电作业任务的情况能够得以实现。而且本发明采用遥控操作与局部自主作业相结合的控制方式，能够实现机器人的大范围快速遥控移动和近距离自主作业，在提高系统智能性的同时又保证了系统的实用性。此外，本发明中机器人作业平台端设备和移动车体端设备都采用独立电源供电，有效保护了绝缘升降机构，提高了作业绝缘安全。由此，本发明能够确保机器人能在不停电的情况下完成如带电水冲洗、绝缘子清扫、绝缘子干冰清洗、导线压接等带电作业任务。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的保护范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的保护范围内。