一种配电带电作业机器人远程操控方法及系统与流程

1.本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种配电带电作业机器人远程操控方法及系统。


背景技术：

2.配电带电作业机器人能够将人员从带电体中解脱出来，提升带电作业的安全性。目前的带电作业机器人包括单臂人机协同、双臂全自主、主从遥操作等类型，所有类型的机器人均需要现场操作，每台机器人在整个作业过程中需要配置4名作业人员跟随到达现场开展作业。机器人到达现场就位后，操作人员操控机器人进入作业位置，通过本地的控制终端对机器人下达操作指令，地面人员通过直接观测或者控制终端屏幕观测的方式对机器人的作业过程进行监视。当作业过程中遇到复杂操作或者作业故障时，还需要现场人员介入，通过人工步进操作方式开展作业或解决问题，对现场人员机器人操作技能水平要求较高。若遇到现场人员无法解决的问题，还需要其他人员前往现场协助解决。
3.此外，每台机器人的作业效率、作业安全性及应急处置能力均由现场操作人员的技能水平决定。目前机器人现场应用需要人员数量多且对操作人员的技能水平要求高，多台机器人作业现场无法统一管控，现场作业情况因人而异，作业效率和作业安全性较差。


技术实现要素：

4.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种配电带电作业机器人远程操控方法及系统，通过远程实时精准监控，实现控制带电作业机器人自主进行现场作业，辅以人工远程操控，提高带电作业机器人的作业质量和作业效率，减少现场作业人员的数量，实现机器人作业的远程诊断，同时提高集群作业的安全高效性。
5.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
6.本发明第一方面提供了一种配电带电作业机器人远程操控方法。
7.一种配电带电作业机器人远程操控方法，包括：
8.带电作业机器人接收远程控制终端下发的空间扫描指令后，通过激光雷达进行空间扫描，构建三维空间模型，同时采集当前作业现场的实时影像数据，将三维空间模型和实时影像数据通过5g通信传输至远程控制终端；
9.远程控制终端接收作业现场的实时影像数据和三维空间模型，确定最优作业位置，将最优作业位置和自主作业指令通过5g通信传输至带电作业机器人；
10.带电作业机器人根据接收的最优作业位置和自主作业指令控制机器人机械臂完成自主作业。
11.进一步的技术方案，在远程控制终端下发空间扫描指令之前，带电作业机器人与远程控制终端建立5g通信连接，具体为：
12.带电作业机器人与远程控制终端接入5g专用网络，远程控制终端下发带电作业机器人状态信息采集指令；
13.带电作业机器人接收采集指令信息，并将状态信息传输至远程控制终端；
14.远程控制终端接收带电作业机器人的状态信息，测试5g通信正常，同时根据带电机器人的状态信息判断带电作业机器人各项功能正常。
15.进一步的技术方案，远程控制终端接收三维空间模型和实时影像信息，判断三维空间模型构建的准确性，若构建的三维空间模型异常，则人为远程调整机器人机械臂，重新进行空间扫描建模。
16.进一步的技术方案，远程控制终端根据当前作业现场的实时影像数据监测带电作业机器人的自主作业过程，当发现作业异常时，立即下发停止指令，同时切换到人工操作模式，根据实际情况远程控制带电作业机器人作业。
17.进一步的技术方案，远程控制终端接收并存储三维空间模型和实时影像数据，当发现作业异常且当前操作人员无法解决时，将存储的信息传输至其他技术人员，远程辅助处理现场异常情况。
18.进一步的技术方案，所述异常情况包括带电作业机器人作业位置偏离最优作业位置、机器人机械臂姿态异常。
19.进一步的技术方案，当远程控制终端通过5g通信远程控制多台带电作业机器人时，每台带电作业机器人均与远程控制终端建立5g通信连接，远程控制终端根据各台带电作业机器人的反馈信息，确定各台带电作业机器人作业的优先级，按照优先级下发控制指令，控制各台带电作业机器人有序自主作业。
20.进一步的技术方案，所述反馈信息包括带电作业机器人的状态信息、所在作业现场信息以及所要完成的作业内容。
21.本发明第二方面提供了一种配电带电作业机器人远程操控系统。
22.一种配电带电作业机器人远程操控系统，包括：带电作业机器人和远程控制终端；
23.带电作业机器人包括影像数据采集模块、模型构建模块、5g通信模块和主控模块；影像数据采集模块，被配置为采集当前作业现场的实时影像数据；模型构建模块，被配置为根据空间扫描信息构建三维空间模型；5g通信模块，被配置为带电作业机器人通过5g网络实现和远程控制终端的通信传输；主控模块，被配置为根据远程控制终端下发的指令信息控制带电作业机器人执行相应的作业；
24.远程控制终端包括遥操作模块、5g通信模块、模式切换模块和显示模块；遥操作模块，被配置为产生控制指令，远程控制机器人机械臂的运作；5g通信模块，被配置为远程控制终端通过5g网络实现和带电作业机器人的通信传输；模式切换模块，被配置为切换带电作业机器人自主作业模式和人工操作模式；显示模块，被配置为显示实时影像信息、三维空间模型和带电机器人的状态信息。
25.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并实现如上所述的一种配电带电作业机器人远程操控方法。
26.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行如上所述的一种配电带电作业机器人远程操控方法。
27.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
28.(1)本发明通过远程实时精准监控，实现控制带电作业机器人自主进行现场作业，辅以人工远程操控，提高带电作业机器人的作业质量和作业效率，减少现场作业人员的数
量。本发明仅需要一人一车到达作业现场即可开展带电作业，减少现场人员、车辆，节约人力、物力成本。
29.(2)本发明能够实现远程实时精准监控，当机器人作业时，通过多个摄像头全方位采集信息，利用5g电力专网将采集到的实时影像信息传送到到远程控制终端，操作人员通过远程控制终端，对整个作业过程及关键部位实时监测，作业过程更安全，由于采用5g电力专网，数据传输延时低，能够满足实时观测要求。
30.(3)本发明能够实现机器人作业的远程诊断，当远程控制终端收到机器人发送的故障信息或者操纵人员通过视频监控系统发现作业异常时，立即远程发送停止命令，并根据实际情况通过人工操作处理遇到的问题；当无法解决时，通过将存储的实时信息传输至其他技术人员或者其他操作人员，对出现的问题进行诊断、故障处理等，提高作业质量和作业效率。
31.(4)本发明能够实现多台带电作业机器人同时高质量作业，作业人员通过远程控制终端同时控制多台带电作业机器人开展作业，提升了机器人现场作业的效率和安全性。
附图说明
32.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
33.图1为本发明实施例所述配电带电作业机器人远程操控方法的流程图；
34.图2为本发明实施例所述配电带电作业机器人远程操控系统的结构示意图；
35.图3为本发明实施例所述多台配电带电作业机器人远程操控系统的结构示意图。
具体实施方式
36.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
37.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
38.实施例一
39.目前的带电作业机器人在开展作业时存在诸多问题，其现场作业仍需要4人前往现场，完成机器人本地操控及作业过程中的监护等，浪费较多的人力和物力；
40.机器人作业时，操作人员在地面操作控制端，目视观测机器人作业状态或通过摄像头采集影像观测，目视观测角度有限、盲点较多，只能通过增加摄像头采集关键部位影像进行监测，而这一方法又会产生较多的数据流量，在现有传输通道下延时较大，无法及时发现作业过程中出现的问题；
41.机器人自主完成作业的过程中若出现问题或产生故障，需要人工介入，此时对现场操作人员的技术水平要求较高，一旦现场人员技能水平不足无法解决问题，就需要另排人员到现场解决，耗费较多时间和人力，无法通过远程操控介入的方式立即解决问题；
42.此外，目前机器人作业依然采用每台机器人配置一组人(通常4人一组)的作业方式，耗费较多时间和人力的同时，多台机器人作业时，每台机器人、每个作业现场的作业的效率、安全性及应急处置能力均不相同，完全取决于操作人员的技能水平，无法实现高技能人员同时操作多台机器人时体现出来的高效性和安全性，也无法实现多台机器人同时作业的集中管控。
43.为解决上述问题，本发明提供了一种配电带电作业机器人远程操控方法及系统，通过远程实时精准监控，实现控制带电作业机器人自主进行现场作业，辅以人工远程操控，提高带电作业机器人的作业质量和作业效率，减少现场作业人员的数量，实现机器人作业的远程诊断，同时提高集群作业的安全高效性。
44.本实施例公开了一种配电带电作业机器人远程操控方法，如图1所示，包括：
45.带电作业机器人接收远程控制终端下发的空间扫描指令后，通过机器人机械臂前端的多个激光雷达进行空间扫描，构建三维空间模型，通过机器人机械臂前端的多个摄像机采集当前作业现场的实时影像数据，根据采集的影像数据构建三维空间模型，将三维空间模型和实时影像数据通过5g通信传输至远程控制终端；
46.其中，获取三维空间模型，其目的在于将现场数字化，便于后续选取最优作业点位置；获取实时影像数据，其目的在于，一方面是便于远程人员监控机器人作业是否出现异常、是否需要及时人工介入，另一方面是在人工操作模式下，作业人员可以实时查看到具体的位置，便于手动操作。
47.远程控制终端接收作业现场的实时影像数据和三维空间模型，确定最优作业位置，将最优作业位置和自主作业指令通过5g通信传输至带电作业机器人；带电作业机器人根据接收的最优作业位置和自主作业指令控制机器人机械臂完成自主作业。
48.进一步地，当带电作业机器人作业完成后，机器人机械臂恢复至初始位置，等待下次作业。
49.其中，机器人机械臂前端安装有多个摄像机，通过局部特写镜头直观地展示机器人机械臂作业过程中关键部位的作业细节，能够及时发现自主作业过程中的操作误差，从而及时人工介入，保证机器人作业的质量，作业过程更安全。
50.而较多的摄像机采集实时影像数据将产生较多的数据流量，为此，本发明选用5g通信网络，在远程控制终端和带电作业机器人中分别装设5g通信模块，利用5g技术高带宽、低延迟等特点，实时传输终端指令、现场作业视频画面。同时，物理安全+网络安全双重保障数据安全，物理安全层通过认证加密ukey技术，网络安全层采用5g电力专网，保证电力信息的数据安全。
51.在本实施例中，现场仅需要1名司机驾驶装载带电作业机器人的车辆到达指定位置即可，将现场人员有4人缩减为1人，本发明只需要一人一车到达作业现场即可开展带电作业，减少现场人员、车辆，节约人力、物力成本。在带电作业机器人到达现场后，启动机器人电源，带电作业机器人与远程控制终端建立5g通信连接，具体为：
52.带电作业机器人与远程控制终端接入5g专用网络，通过5g通信模块建立网络映射，依托5g电力专网，实现远程控制终端与带电作业机器人的远程高速通信，此时，远程控制终端下发带电作业机器人状态信息采集指令；
53.带电作业机器人接收采集指令信息，并将状态信息传输至远程控制终端；
54.远程控制终端接收带电作业机器人的状态信息，测试5g通信正常；根据带电机器人的状态信息判断带电作业机器人各项功能正常。
55.另一实施方式中，远程控制终端接收三维空间模型和实时影像信息，判断三维空间模型构建的准确性，若构建的三维空间模型异常，则人为远程调整机器人机械臂，重新进行空间扫描建模。
56.其中，判断三维空间模型构建的准确性是指，作业人员将三位空间模型和实时影像进行对比，人为判断空间模型是否准确、是否满足作业需求。若判断构建的三维空间模型异常，则人为切换至人工操作模式，操作人员人为远程调整机器人机械臂，进行后续工作。
57.通过激光雷达进行空间扫描，构建三维空间模型是指，构建作业对象的3d点云模型，以空间物体的位姿与尺寸来描述，其具体步骤包括：
58.利用机器人机械臂前端安装的合成雷达扫描现场数据，得到整体环境空间点云；
59.计算整体环境空间点云的特征；
60.采用随机采样、模板匹配、点云生长算法，实现对特定作业目标点云的识别、分割、提取；
61.计算分割后的各个目标点云特征，得到目标的描述信息。
62.通过上述方案，得到目标的描述信息，通过目标位姿与尺寸的描述信息，构建3d点云模型，该模型包括现场环境中一定范围内的所有可反射雷达激光的物品。在本实施例中，所述激光雷达的扫描范围为0.05m～25m。
63.在远程控制终端根据当前作业现场的实时影像数据监测带电作业机器人的自主作业过程中，当发现作业异常时，立即下发停止指令，同时切换到人工操作模式，根据实际情况远程控制带电作业机器人作业。通过增设远端人工紧急介入功能，进一步提升了机器人故障状态下的应急处置能力，提升容错性。
64.所述异常情况包括带电作业机器人作业位置偏离最优作业位置、机器人机械臂姿态异常等。
65.在本实施例中，带电作业机器人完成自主安装接地环，在接收到远程控制终端下发的最优作业位置和安装接地环自主作业指令后，带电作业机器人进行自主作业，远程控制终端根据作业现场的实时影像判断机器人作业位置正确、机械臂姿态正确，接地环工具安装方向正确。
66.另一实施方式中，当需要多台带电作业机器人作业时，首先根据实际现场勘察情况，以及每种类型机器人的作业特点，分配每个带电作业机器人的具体工作内容，并确定每个作业现场带电作业机器人的工作方式和作业位置，每台带电作业机器人有一名专职司机负责，驾驶前往各自作业地点，并停放至规定位置，启动带电作业机器人电源。
67.每台带电作业机器人均与远程控制终端建立5g通信连接，远程控制终端根据各台带电作业机器人的反馈信息，研判每台机器人作业状态，确定各台带电作业机器人作业的优先级，按照优先级下发控制指令，控制各台带电作业机器人有序自主作业。
68.其中，反馈信息包括带电作业机器人的状态信息、所在作业现场信息以及所要完成的作业内容。
69.通过上述方案能够实现多台车辆同时高质量作业。作业人员通过远程控制终端同时控制多台带电作业机器人开展作业，在此种模式下，仅需要挑选处操作能力强的几个人
员，就可完成多多台机器人的操作，极大降低机器人作业训练成本，通过技能水平高的人员操作机器人，也提升了机器人现场作业的效率和安全性，保证每一个作业现场相对稳定。
70.实施例二
71.本实施例公开了一种配电带电作业机器人远程操控系统，如图2所示包括：带电作业机器人和远程控制终端；
72.带电作业机器人包括影像数据采集模块、模型构建模块、5g通信模块和主控模块；影像数据采集模块，被配置为采集当前作业现场的实时影像数据；模型构建模块，被配置为根据空间扫描信息构建三维空间模型；5g通信模块，被配置为带电作业机器人通过5g网络实现和远程控制终端的通信传输；主控模块，被配置为根据远程控制终端下发的指令信息控制带电作业机器人执行相应的作业；
73.远程控制终端包括遥操作模块、5g通信模块、模式切换模块和显示模块；遥操作模块，被配置为产生控制指令，远程控制机器人机械臂的运作；5g通信模块，被配置为远程控制终端通过5g网络实现和带电作业机器人的通信传输；模式切换模块，被配置为切换带电作业机器人自主作业模式和人工操作模式；显示模块，被配置为显示实时影像信息、三维空间模型和带电机器人的状态信息。
74.另一实施方式中，当需要多台带电作业机器人作业时，多台配电带电作业机器人远程操控系统如图3所示，每台带电作业机器人均与远程控制终端建立5g通信连接，远程控制终端根据各台带电作业机器人的反馈信息，研判每台机器人作业状态，确定各台带电作业机器人作业的优先级，按照优先级下发控制指令，控制各台带电作业机器人有序自主作业。
75.本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
76.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
77.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。