一种铁路牵引变电所控制柜按钮视觉定位装置的制作方法

本实用新型涉及铁路牵引变电所使用的巡检机器人配套技术领域，特别是一种铁路牵引变电所控制柜按钮视觉定位装置。

背景技术：

在铁路牵引变电所控制保护屏和开关柜中，各类按钮开关可以控制不同设备，由于目前铁路牵引变电所大范围使用巡检机器人对按钮开关实行开关操作，所以机器人能否对按钮进行准确定位并使用机械臂准确的操作按钮成为了一个关键问题。目前的定位方式主要为机械定位，机械定位所需传动部件结构复杂，使用定位条件苛刻且误差较大，容易出现很大定为偏差，因此对机器人的按钮定位操作带来了极大制约。

现有的技术中（专利CN 05716609 A），也有采用模拟人类视觉的方法进行建模，对机器人进行学习训练，使其能对建模场景下的按钮开关进行定位并操作。但是由于每个铁路牵引变电所内环境以及按钮处的场景相似，建模难度较高，因此实际使用中，对于按钮的定位同样会造成较大误差。

技术实现要素：

为了克服现有铁路牵引变电所巡检机器人，使用的按钮开关定位技术中存在的弊端，本实用新型提供了采用数码相机、激光传感器、上位机等作为按钮开关定位操作控制的核心，通过二维码作为按钮开关的视觉定位标志，经上位机获取该按钮开关的各种信息，激光传感器能实时检测机械臂末端执行机构和控制柜、按钮开关之间的距离信息，从而在相关设备共同作用下，能精确对每一个按钮开关精确定位并操作的一种铁路牵引变电所控制柜按钮视觉定位装置。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：

一种铁路牵引变电所控制柜按钮视觉定位装置，包括机器人移动载体、机械臂、机械臂末端执行机构、上位机，机械臂安装在机器人移动载体前端上部，机械臂末端执行机构安装在机械臂前端，上位机安装在机器人移动载体元件箱内，其特征在于机械臂末端执行机构前部安装有数码相机和激光传感器，在铁路牵引变电所控制柜每个按钮开关前安装有二维码，上位机内安装有控制单元软件，机器人移动载体控制信号输入端、机械臂控制信号输入端、机械臂末端执行机构信号输入端、数码相机信号输出端、激光传感器信号输出端和上位机经信号线连接。

所述二维码的第一个作用是作为每个按钮开关的视觉定位标志，控制单元储存了机械臂末端执行机构对准按钮开关时，数码相机拍摄的标准图片以及二维码在标准图片中的相对位置信息；在按钮开关定位时，数码相机采集到含有二维码的图片，通过控制单元的图像处理将采集图片中二维码的相对位置和标准图片中的二维码位置对比来判断机械臂执行机构相对于按钮开关的位置关系。

所述二维码的第二个作用是信息获取，数码相机通过扫描二维码可从上位机的控制单元获取该按钮开关控制作用、按钮开关的类型、按钮开关当前处于何种状态以及当前该对按钮开关采取何种操作。

所述机器人移动载体、机械臂用于调节机械臂末端执行机构和控制柜的距离，以及保证机械臂末端执行机构垂直于控制柜。

所述激光传感器作用是检测机械臂末端执行机构和控制柜之间的距离信息，保证每次采集图像时数码相机和控制柜的距离相同，使采集的图像尺度性一致，方便与标准图像对比。

本实用新型有益效果是：本实用新型使用时，机器人移动载体搭载机械臂等通过预定路径移动到控制柜处，在控制单元等作用下，机械臂受控制单元作用产生各种相应动作，进而，机械臂控制机械臂末端执行机构垂直靠近控制柜，通过机械臂末端执行机构的激光传感器测量的距离信息调节机械臂末端执行机构，使机械臂末端执行机构运行到控制柜前一定位置处。然后通过数码相机采集的图像来实现初步定位，当采集的图像中含有二维码时、表明机械臂末端执行机构已经到达按钮处；然后控制单元通过对含有二维码的图像进行图像处理，获取二维码在图像中的相对位置信息，并且和控制单元储存的标准图像中二维码的位置信息做比较，若采集图像中二维码位置相对标准图像中的二维码位置偏上，表明执行机构相对于按钮开关偏下，在控制单元以及机械臂作用下，末端执行机构上移，同理采集图像中二维码位置比标准位置偏左，则末端执行机构左移，采集图像中二维码位置比标准位置偏下，则末端执行机构下移，采集图像中二维码位置比标准位置偏右，则末端执行机构右移，当采集的图像中二维码的位置和标准图像中的位置一致，表明机械臂末端执行机构已经对准按钮。机械臂末端执行机构对准按钮开关以后，通过扫描二维码，从上位机获取的该按钮的控制作用、按钮的类型、按钮目前的状态，以及应该对该按钮采取何种操作方式，最后机械臂末端执行机构动作，对该按钮开关进行操作。本实用新型定位准，使用方便，所以具有好的应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型结构示意图。

图2是本实用新型控制柜上其中一只按钮开关和其中一个二维码、控制柜之间的结构示意图。

具体实施方式

图1、2中所示，一种铁路牵引变电所控制柜按钮视觉定位装置，包括机器人移动载体1、机械臂2、机械臂末端执行机构3、上位机4，机械臂2安装在机器人移动载体1前端上部，机械臂末端执行机构3安装在机械臂2前端，上位机4安装在机器人移动载体1元件箱内，机械臂末端执行机构前部安装有数码相机5和激光传感器6，在铁路牵引变电所控制柜每个按钮开关7前安装有二维码8，上位机4内安装有控制单元软件，机器人移动载体1控制信号输入端、机械臂2控制信号输入端、机械臂末端执行机构3信号输入端、数码相机5信号输出端、激光传感器6信号输出端和上位机4经信号线连接。

图1、2中所示，二维码8的第一个作用是作为每个按钮开关7的视觉定位标志，控制单元储存了机械臂末端执行机构3对准按钮开关7时，数码相机5拍摄的标准图片以及二维码8在标准图片中的相对位置信息；在按钮开关7定位时，数码相机5采集到含有二维码的图片，通过控制单元的图像处理将采集图片中二维码的相对位置和标准图片中的二维码位置对比来判断机械臂末端执行机构3相对于按钮开关7的位置关系。二维码8的第二个作用是信息获取，数码相机5通过扫描二维码8可从上位机4的控制单元获取该按钮开关7控制作用、按钮开关7的类型、按钮开关7当前处于何种状态以及当前该对按钮开关7采取何种操作。机器人移动载体1、机械臂2用于调节机械臂末端执行机构3和控制柜9的距离，以及保证机械臂末端执行机构3垂直于控制柜9。激光传感器6作用是检测机械臂末端执行机构3和控制柜9之间的距离信息，保证每次采集图像时数码相机5和控制柜9的距离相同，使采集的图像尺度性一致，方便与标准图像对比。

图1、2中所示，本实用新型使用时，机器人移动载体1搭载机械臂2等通过预定路径移动到控制柜9处，在控制单元等作用下，机械臂2受控制单元作用产生各种相应动作，进而，机械臂2控制机械臂末端执行机构3垂直靠近控制柜9，通过机械臂末端执行机构9前的激光传感器6测量的距离信息调节机械臂末端执行机构3，使机械臂末端执行机构3运行到控制柜9前一定位置处。然后通过数码相机5采集的图像来实现初步定位，当采集的图像中含有二维码8时、表明机械臂末端执行机构3已经到达按钮开关7处；然后控制单元通过对含有二维码的图像进行图像处理，获取二维码8在图像中的相对位置信息，并且和控制单元储存的标准图像中二维码的位置信息做比较，若采集图像中二维码位置相对标准图像中的二维码位置偏上，表明机械臂末端执行机构3相对于这只按钮开关7偏下，在控制单元以及机械臂2作用下，机械臂末端执行机构3上移到位对准这只按钮开关7；同理采集图像中二维码位置比标准位置偏左，则机械臂末端执行机构3左移到位对准这只按钮开关7；采集图像中二维码位置比标准位置偏下，则机械臂末端执行机构3下移到位对准这只按钮开关7；采集图像中二维码位置比标准位置偏右则机械臂末端执行机构3右移到位对准这只按钮开关7；当采集的图像中二维码8的位置和标准图像中的位置一致，表明机械臂末端执行机构3已经对准这只按钮开关7。机械臂末端执行机构3对准改按钮开关7以后，通过扫描二维码8，从上位机4获取的该按钮开关7的控制作用、按钮开关7的类型、按钮开关7目前应该所处的状态，以及应该对该按钮开关7采取何种操作方式，当获得的信息需要对这只按钮开关7进行操作时，控制单元控制机械臂2驱动机械臂末端执行机构3动作前移，对该按钮开关7进行操作。本实用新型定位准，使用方便，所以具有好的应用前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。