专利名称：变电站巡检机器人云台控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种云台控制系统及控制方法，尤其涉及一种变电站巡检机器人云台控制系统及控制方法。
背景技术：
随着科学技术的进步和电网建设的需要，传统有人值守变电站正向无人值守的智能变电站方向发展。在智能变电站中，虽然站内设备运行状态可通过远程遥测手段获取，但变电站尤其是室外变电站环境中，由于变电站智能化水平的限制以及无人在现场及时巡视，ー些不可控因素将会对变电站安全运行带来一系列问题甚至留下隐患。专利200410024231.1中公布了一种可应用于电站设备自主巡检的机器人，为上述问题提供了一种行之有效的解决方案，从而使变电站实现真正的无人值守成为可能。该机器人可以在变电站内全自主运行并能自动收集电カ设备状态信息，在整个巡检作业过程中，机器人沿设定路线运行至站内指定位置，之后云台系统带动设备检测系统对准待检电カ设备，最后采集到的电カ设备状态数据则通过无线网络传输至监控后台存储并分析。在整个机器人系统中，云台系统是安装、固定设备检测系统的支撑设备，其性能直接影响到巡检机器人完成巡检任务的质量。云台是传统安防监控行业最为常用的设备，云台系统主要由云台本体、角度检测元件、云台控制板三部分组成，而云台的整体性能在很大程度上则取决于云台控制板所搭载的云台控制系统性能。由于变电站巡检机器人运行环境和巡检任务需求的特殊性，现有的云台控制系统一般不能完全适用于变电站巡检作业，主要表现在(I)目前云台生产厂家的产品大多都只有诸如64、128等有限数量的预置位，但是由于各个变电站内环境各不相同，并且待检电カ设备数量众多，因此所需云台的预置位个数很有可能超出目前传统云台控制系统所支持的最大预置位个数。(2)巡检机器人通常需要根据各个变电站现场巡检任务需求，灵活配置或扩展相应的系统功能。具体到机器人云台控制系统，由于现有控制系统都是针对通用安防监控领域开发，一般没有配置和扩展能力，因此大多数情况下无法与巡检机器人系统进行集成。对于上述问题，目前已有相关的技术方案被公开，但具体到控制系统的实施上却均有不足之处，如下对于上述所列(I)，专利200910016095. 5公开了ー种机器人云台预置位的控制系
统及控制方法，有效解决了现有云台预置位数量无法满足变电站巡检任务需求的问题，但该专利只描述了云台预置位控制的方法，其将通用云台产品中的预置位存储区域转移至控制终端数据库中，在此基础上仅对预置位设置、调用和删除这三种基本操作的控制流程进行了说明，并未给出云台控制系统针对巡检机器人任务需求所开发的其它功能模块的组成结构和完整实施细节。对于上述所列(2)，文献“变电站智能巡检机器人云台控制系统设计”中给出了一个云台系统的较为详细的实施细节，该文献着重对云台系统的硬件实现及硬件控制流程进行说明，并通过实验验证了该控制方案下云台控制精度符合巡检任务要求，但云台控制器上云台控制系统的组成架构如何适应变电站内不同巡检任务需求等方面，其未做进ー步描述。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种变电站巡检机器人云台控制系统及控制方法，它具有简单可靠、配置灵活、扩展性好的优点。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种变电站巡检机器人云台控制系统，它包括云台控制器，云台控制器与机器人控制器连接，云台控制器还与电机驱动模块和角度检测模块连接，电机驱动模块和角度检测模块均与云台本体连接，云台控制器对云台本体进行异步控制和实时控制，所述云台控制器包括初始化模块用于初始化云台控制系统的运行环境；任务调度模块负责对异步任务的调用和毎次异步任务调用之前复位系统监控模块以表明系统正常运行；系统空闲模块在没有触发事件产生时，系统将从任务调度模块进入系统空闲模块，以便降低整个系统的功耗，一旦触发事件产生系统将退回任务调度模块进行异步任务的调度；数据接收模块主要负责接收机器人控制器发送的数据，并将数据送至任务调度模块，同时产生触发事件使系统由系统空闲模块返回任务调度模块，以便响应外部控制命令；系统监控模块主要负责系统运行的异常状况的监控；数据存储模块负责存储系统运行所需配置数据，提供给初始化模块和异步任务管理模块使用；异步任务管理模块负责管理系统内所有运行异步任务所需要的模块；数据交换模块主要暂存系统数据供各模块使用；实时任务管理模块负责管理系统内所有运行实时任务所需要的模块；时钟模块为整个系统提供周期性时钟事件以驱动实时任务管理模块运行，同时当系统运行正常时在时钟模块产生的周期性触发事件的控制下，任务调度模块将在设定时间之内复位系统监控模块以表明系统运行正常。所述初始化模块一方面读取数据存储模块中存储的系统运行所需系统配置数据，另ー方面也启动时钟模块。所述任务调度模块根据数据接收模块传送的数据调用异步任务管理模块中所包含的异步任务，同时将相关数据送入数据交换模块以备其它模块使用，另外该模块还在每次异步任务调用之前复位系统监控模块以表明系统正常运行。所述异步任务管理模块负责管理数据发送模块将云台控制系统内部信息发送至机器人控制器、管理系统配置模块根据机器人控制器下发的配置信息修改数据存储模块内保存的配置信息，以供下次系统初始化时使用和管理预置位控制模块根据外部命令完成预置位的设置、调用和删除操作。
所述实时任务管理模块负责管理电机控制模块根据经异步任务管理模块传送的信息控制云台电机运行、管理反馈采样模块完成对云台本体各自由度上的角度进行采样并为电机控制模块的运行提供必要的反馈信息和管理实时监控模块对实时任务运行过程中的状态信息进行监控以供各模块及机器人控制器使用。所述系统监控模块负责监控系统运行的异常状况，当因系统运行异常而使任务调度模块没有在设定时间内复位系统监控模块，系统监控模块将产生触发事件使整个系统重新进入初始化模块并完成初始化操作，从而使系统恢复正常运行。一种基于变电站巡检机器人云台控制系统的控制方法，具体步骤为步骤一云台控制系统上电，初始化模块读取数据存储模块中保存的系统配置数据；进行系统初始化操作，同时启动时钟模块以处理实时任务；步骤ニ 任务调度模块监测触发事件是否产生，同时进入时钟事件判断程序，若触 发事件没有产生，系统监控模块判断超时是否发生，若超吋，返回步骤一，若没有超吋，则进入系统空闲；若触发事件产生，则进入步骤三；步骤三控制系统监控模块中的系统监控复位；步骤四任务调度模块根据接收到触发事件的类型判别该事件是否由外部输入指令触发，如果是则执行异步任务管理模块所包含的异步任务，然后进入系统空闲模块以降低系统功耗，若不是则直接进入系统空闲模块，执行步骤五；步骤五任务调度模块判断系统是否断电，如系统断电，则退出，若没有断电返回
步骤ニ。所述步骤一中启动时钟模块后的实时任务处理步骤为(2-1)实时任务管理模块判断是否发生时钟事件，若没有发生时钟事件则进入步骤(2-3)，若发生时钟事件则进入步骤(2-2)；(2-2)实时任务管理模块执行实时任务；(2-3)判断系统是否断电，如系统断电，则时钟模块終止，若没有断电返回步骤(2-1)。所述步骤四的具体步骤为(4-1)异步任务执行，异步任务管理模块读取数据交换模块中的指令数据；(4-2)异步任务管理模块判断任务类型，根据任务类型利用数据发送模块进行数据发送、利用系统配置模块进行系统配置并写入数据存储模块、利用预置位控制模块对预置位进行设置、调用或删除操作并将修改后的预置位信息写入数据交换模块；(4_3)异步任务执行完成。所述步骤(2-2)的具体步骤为(2-31)实时任务执行开始，实时任务管理模块读取数据交换模块中的数据；(2-32)反馈采样模块首先执行，以采集云台本体各自由度上的角度反馈数据；(2-33)电机控制模块根据采集到的角度反馈数据控制云台本体按照读取的数据交换模块所包含的数据运行；(2-34)实时监控模块采集以上各任务模块运行状态数据并将其写入数据交换模块；(2-35)实时任务执行完成。
本发明的有益效果本发明针对通用云台控制系统在变电站巡检应用中所面临的问题，为变电站巡检机器人提供了ー种云台控制系统，给出了完整的系统组成结构及实现方式。该系统有效克服了现有云台技术方案的不足，整个系统具有配置灵活、扩展方便、具有故障检测和恢复能力以及方便与巡检机器人集成的特点，非常适用于变电站强电磁环境下的变电站巡检应用。主要表现在以下几点(I)由于云台控制所需功能不外乎异步处理和实时处理两大类，异步处理主要响应外部输入，而实时处理主要完成对云台本体的控制。本发明云台控制系统内包含了异步任务管理模块和实时任务管理模块，从而可以对相应功能模块进行集中管理，并且在数据存储模块和数据交换模块的配合下，不论变电站巡检任务对云台控制系统的需求如何变化，向系统内添加新的功能或对系统进行配置，均可在不改变现有控制系统结构下完成，从而使系统具有配置灵活、扩展方便的特点。(2)变电站是ー个具有强电磁干扰存在的环境，为了保证巡检机器人可靠运行，组成机器人各部件应具有抵抗站内强电磁干扰的能力，具体到云台控制系统其应具有一定的故障检测及恢复能力。本发明所述云台控制系统对整个系统的监控由系统监控模块完成，同时系统空闲模块的添加则协调了控制系统内异步和实时模块的执行，并使实时模块的运行同样处于系统监控模块的监控之下，从而保证整个系统的可靠性，另外也可降低系统的功耗。(3)为了方便机器人控制器了解云台控制系统运行时的状态，方便云台控制系统与巡检机器人进行集成，实时监控模块和数据发送模块被加入云台控制系统，在数据交换模块的协助下，以上模块可以完成对系统内各功能模块状态数据的采集和上报，从而使机器人控制器可以根据云台运行状态数据合理的控制云台系统运行，保证巡检任务完成的质量和效率。
图1为本发明云台控制系统与外围硬件连接示意图；图2为本发明云台控制系统各模块组成结构示意图；图3为本发明的ー种系统执行流程图；图4为本发明的一种异步任务执行子流程图；图5为本发明的一种实时任务执行子流程图。其中，1.初始化模块，2.任务调度模块，3.系统空闲模块，4.数据接收模块，5.系统监控模块，6.数据存储模块，7.异步任务管理模块，8.数据交换模块，9.实时任务管理模块，10.时钟模块，11.数据发送模块，12.系统配置模块，13.预置位控制模块，14.电机控制模块，15.反馈采样模块，16.实时监控模块，20.云台控制器，21.机器人控制器，22.电机驱动模块，23.角度检测模块，24.云台本体。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进ー步说明。如图1，一种变电站巡检机器人云台控制系统，它包括云台控制器20，云台控制器20与机器人控制器21连接，云台控制器20还通过与电机驱动模块22和角度检测模块23连接，电机驱动模块22和角度检测模块23均与云台本体24连接，云台控制器20对云台本体24进行异步控制和实时控制，所述云台控制系统包括初始化模块1:用于初始化云台控制系统的运行环境；任务调度模块2 :负责对异步任务的调用和毎次异步任务调用之前复位系统监控模块5以表明系统正常运行；系统空闲模块3 :在没有触发事件产生吋，系统将从任务调度模块2进入系统空闲模块3，以便降低整个系统的功耗，一旦触发事件产生系统将退回任务调度模块2进行异步任务的调度；数据接收模块4 :主要负责接收机器人控制器21发送的数据，并将数据送至任务调度模块2，同时产生触发事件使系统由系统空闲模块3返回任务调度模块2，以便响应外部控制命令；系统监控模块5 :主要负责系统运行的异常状况的监控；数据存储模块6 :负责存储系统运行所需配置数据，提供给初始化模块I和异步任务管理模块7使用；异步任务管理模块1:负责管理系统内所有运行异步任务所需要的模块；数据交换模块8 :主要暂存系统数据供各模块使用；实时任务管理模块9 :负责管理系统内所有运行实时任务所需要的模块；时钟模块10 :为整个系统提供周期性时钟事件以驱动实时任务管理模块9运行，同时当系统运行正常时在时钟模块10产生的周期性触发事件的控制下，任务调度模块2将在设定时间之内复位系统监控模块5以表明系统运行正常。所述初始化模块I 一方面读取数据存储模块6中存储的系统运行所需系统配置数据，另一方面也启动时钟模块10。所述任务调度模块2根据数据接收模块4传送的数据调用异步任务管理模块7中所包含的异步任务，同时将相关数据送入数据交换模块8以备其它模块使用，另外该模块还在每次异步任务调用之前复位系统监控模块5以表明系统正常运行。所述异步任务管理模块7负责管理数据发送模块11将云台控制系统内部信息发送至机器人控制器21、管理系统配置模块12根据机器人控制器21下发的配置信息修改数据存储模块6内保存的配置信息，以供下次系统初始化时使用和管理预置位控制模块13根据外部命令完成预置位的设置、调用和删除操作。所述实时任务管理模块9负责管理电机控制模块14根据经异步任务管理模块7传送的信息控制云台电机运行、管理反馈采样模块15完成对云台本体24各自由度上的角度进行采样并为电机控制模块14的运行提供必要的反馈信息和管理实时监控模块16对实时任务运行过程中的状态信息进行监控以供各模块及机器人控制器21使用。所述系统监控模块5负责监控系统运行的异常状况，当因系统运行异常而使任务调度模块2没有在设定时间内复位系统监控模块5，该模块将产生触发事件使整个系统重新进入初始化模块I并完成初始化操作，从而使系统恢复正常运行。如图3所示，一种基于变电站巡检机器人云台控制系统的控制方法，具体步骤为步骤ー云台控制系统上电，初始化模块I读取数据存储模块6中保存的系统配置数据；进行系统初始化操作，同时启动时钟模块10以处理实时任务；
步骤ニ 任务调度模块2监测触发事件是否产生，同时进入时钟事件判断程序，若触发事件没有产生，系统监控模块5判断超时是否发生，若超时，返回步骤一，若没有超吋，则进入系统空闲；若触发事件产生，则进入步骤三；步骤三控制系统监控模块5中的系统监控复位；步骤四任务调度模块2根据接收到触发事件的类型判别该事件是否由外部输入指令触发，如果是则执行异步任务管理模块7中所包含的异步任务，然后进入系统空闲模块3以降低系统功耗，若不是则直接进入系统空闲模块3，执行步骤五；步骤五任务调度模块2判断系统是否断电，如系统断电，则退出，若没有断电返
回步骤ニ。所述步骤一中启动时钟模块10后的实时任务处理步骤为
(2-1)实时任务管理模块9判断是否发生时钟事件，若没有发生时钟事件则进入步骤(2-3)，若发生时钟事件则进入步骤(2-2)；(2-2)实时任务管理模块9执行实时任务；(2-3)判断系统是否断电，如系统断电，则时钟模块10終止，若没有断电返回步骤(2-1)。如图4所示,所述步骤四的具体步骤为(4-1)异步任务执行，异步任务管理模块7读取数据交换模块8中的指令数据；(4-2)异步任务管理模块7判断任务类型，根据任务类型利用数据发送模块11进行数据发送、利用系统配置模块12进行系统配置并写入数据存储模块6、利用预置位控制模块13对预置位进行设置、调用或删除操作并将修改后的预置位信息写入数据交换模块8 ；(4-3)异步任务执行完成。如图5所示,所述步骤(2-2)的具体步骤为(2-31)实时任务执行开始,实时任务管理模块9读取数据交换模块8中的数据；(2-32)反馈采样模块15首先执行，以采集云台本体24各自由度上的角度反馈数据；(2-33)电机控制模块14根据采集到的角度反馈数据控制云台本体24按照读取的数据交换模块8所包含的数据运行；(2-34)实时监控模块16采集以上各任务模块运行状态数据并将其写入数据交换模块8 ；(2-35)实时任务执行完成。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。
权利要求
1.一种变电站巡检机器人云台控制系统，它包括云台控制器，云台控制器与机器人控制器连接，云台控制器还与电机驱动模块和角度检测模块连接，电机驱动模块和角度检测模块均与云台本体连接，云台控制器对云台本体进行异步控制和实时控制，其特征是，所述Z 台控制器包括 初始化模块用于初始化云台控制系统的运行环境； 任务调度模块负责对异步任务的调用和每次异步任务调用之前复位系统监控模块以表明系统正常运行； 系统空闲模块在没有触发事件产生时，系统将从任务调度模块进入系统空闲模块，以便降低整个系统的功耗，一旦触发事件产生系统将退回任务调度模块进行异步任务的调度； 数据接收模块主要负责接收机器人控制器发送的数据，并将数据送至任务调度模块，同时产生触发事件使系统由系统空闲模块返回任务调度模块，以便响应外部控制命令； 系统监控模块主要负责系统运行的异常状况的监控； 数据存储模块负责存储系统运行所需配置数据，提供给初始化模块和异步任务管理模块使用； 异步任务管理模块负责管理系统内所有运行异步任务所需要的模块； 数据交换模块主要暂存系统数据供各模块使用； 实时任务管理模块负责管理系统内所有运行实时任务所需要的模块； 时钟模块为整个系统提供周期性时钟事件以驱动实时任务管理模块运行，同时当系统运行正常时在时钟模块产生的周期性触发事件的控制下，任务调度模块将在设定时间之内复位系统监控模块以表明系统运行正常。
2.如权利要求1所述变电站巡检机器人云台控制系统，其特征是，所述初始化模块一方面读取数据存储模块中存储的系统运行所需系统配置数据，另一方面也启动时钟模块。
3.如权利要求1所述变电站巡检机器人云台控制系统，其特征是，所述任务调度模块根据数据接收模块传送的数据调用异步任务管理模块中所包含的异步任务，同时将相关数据送入数据交换模块以备其它模块使用，另外该模块还在每次异步任务调用之前复位系统监控模块以表明系统正常运行。
4.如权利要求1所述变电站巡检机器人云台控制系统，其特征是，所述异步任务管理模块负责管理数据发送模块将云台控制系统内部信息发送至机器人控制器、管理系统配置模块根据机器人控制器下发的配置信息修改数据存储模块内保存的配置信息，以供下次系统初始化时使用和管理预置位控制模块根据外部命令完成预置位的设置、调用和删除操作。
5.如权利要求1所述变电站巡检机器人云台控制系统，其特征是，所述实时任务管理模块负责管理电机控制模块根据经异步任务管理模块传送的信息控制云台电机运行、管理反馈采样模块完成对云台本体各自由度上的角度进行采样并为电机控制模块的运行提供必要的反馈信息和管理实时监控模块对实时任务运行过程中的状态信息进行监控以供各模块及机器人控制器使用。
6.如权利要求1所述变电站巡检机器人云台控制系统，其特征是，所述系统监控模块负责监控系统运行的异常状况，当因系统运行异常而使任务调度模块没有在设定时间内复位系统监控模块，系统监控模块将产生触发事件使整个系统重新进入初始化模块并完成初始化操作，从而使系统恢复正常运行。
7.一种基于变电站巡检机器人云台控制系统的控制方法，其特征是，具体步骤为 步骤一云台控制系统上电，初始化模块读取数据存储模块中保存的系统配置数据；进行系统初始化操作，同时启动时钟模块以处理实时任务； 步骤二 任务调度模块监测触发事件是否产生，同时进入时钟事件判断程序，若触发事件没有产生，系统监控模块判断超时是否发生，若超时，返回步骤一，若没有超时，则进入系统空闲；若触发事件产生，则进入步骤三； 步骤三控制系统监控模块中的系统监控复位； 步骤四任务调度模块根据接收到触发事件的类型判别该事件是否由外部输入指令触发，如果是则执行异步任务管理模块所包含的异步任务，然后进入系统空闲模块以降低系统功耗，若不是则直接进入系统空闲模块，执行步骤五；步骤五任务调度模块判断系统是否断电，如系统断电，则退出，若没有断电返回步骤o
8.如权利要求7所述变电站巡检机器人云台控制方法，其特征是，所述步骤一中启动时钟模块后的实时任务处理步骤为 (2-1)实时任务管理模块判断是否发生时钟事件，若没有发生时钟事件则进入步骤(2-3)，若发生时钟事件则进入步骤(2-2)； (2-2)实时任务管理模块执行实时任务； (2-3)判断系统是否断电，如系统断电，则时钟模块终止，若没有断电返回步骤(2-1)。
9.如权利要求7所述变电站巡检机器人云台控制方法，其特征是，所述步骤四的具体步骤为 (4-1)异步任务执行，异步任务管理模块读取数据交换模块中的指令数据； (4-2)异步任务管理模块判断任务类型，根据任务类型利用数据发送模块进行数据发送、利用系统配置模块进行系统配置并写入数据存储模块、利用预置位控制模块对预置位进行设置、调用或删除操作并将修改后的预置位写入数据交换模块； (4_3)异步任务执行完成。
10.如权利要求8所述变电站巡检机器人云台控制方法，其特征是，所述步骤(2-2)的具体步骤为 (2-31)实时任务执行开始，实时任务管理模块读取数据交换模块中的数据； (2-32)反馈采样模块首先执行，以采集云台本体各自由度上的角度反馈数据； (2-33)电机控制模块根据采集到的角度反馈数据控制云台本体按照读取的数据交换模块所包含的数据运行； (2-34)实时监控模块采集以上各任务模块运行状态数据并将其写入数据交换模块； (2-35)实时任务执行完成。
全文摘要
本发明公开了一种变电站巡检机器人云台控制系统，该云台控制系统运行于云台控制器上，云台控制器与电机驱动模块和角度检测模块连接，以上两模块进一步又与云台本体连接，，同时云台控制器也与机器人控制器连接。所述云台控制系统包括系统初始化模块，系统初始化模块与任务调度模块连接，任务调度模块与系统空闲模块、异步任务管理模块、系统监控模块直接连接，异步任务管理模块分别与数据收发模块、系统配置模块、预置位控制模块连接。该系统有效克服了现有云台技术方案的不足，整个系统具有配置灵活、扩展方便、具有故障检测及恢复能力以及方便与巡检机器人集成的特点，非常适用于变电站强电磁环境下的变电站巡检应用。
文档编号G05D3/12GK103019263SQ201210585858
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月30日 优先权日2012年12月30日
发明者肖鹏, 王海鹏, 栾贻青, 李丽, 孙勇 申请人:山东电力集团公司电力科学研究院, 国家电网公司