一种开关柜巡检机器人的制作方法

1.本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种开关柜巡检机器人。


背景技术：

2.电网开关柜机器人是一种以智能化、自动化为基础的高科技产品，主要应用于电力行业中的开关柜维护与管理工作。随着电力系统规模的持续扩大和运行状态的不断复杂化，传统的手工巡检已经无法满足目前的需求。同时，由于开关柜所处环境复杂，工作条件较差，人工巡检存在很多安全隐患。因此，研发一款具有智能化、自动化功能的电网开关柜机器人，成为电力行业迫切需要解决的问题。
3.现代电网开关柜机器人，涵盖了机器人控制、视觉、智能算法等诸多领域，其中，通过视觉系统对开关柜状态进行分析和诊断。此外，机器人还可以根据预设的任务计划进行操作，强大的智能算法能够实现机器人的智能化决策。
4.电网开关柜机器人技术在实际应用中，不仅可以有效地提高巡检效率和诊断准确度，保障巡检人员的安全，同时，具有高可靠性、安全性和灵活性等优点，帮助电力企业降低维护成本，提高运行效率。
5.张霁明等人在中国发明专利申请“一种基于机器人的开关柜操作装置及方法”(申请号为cn202011304582.4)中采用集成式末端执行器对电网开关柜进行操作。末端执行器搭载在机械臂上，通过机械臂第六轴旋转切换不同的功能模块，从而达到对不同的按钮、旋钮、空气开关等进行操作。但是将所有操作模块集成在一个末端执行器将导致末端结构冗杂，在实际操作中容易与其它未操作对象产生干涉，而且该结构也会导致末端重量过大，从而极易超过机械臂的负载。另外，该结构仅适用于单一电柜，因为搭载的功能模块有限，在面对不同的电网开关柜时，则需要更换整个末端执行器，导致运营价格昂贵且通用性差。
6.因此，本领域的技术人员致力于开发一种新的开关柜巡检机器人，解决现有技术中存在的上述缺陷。


技术实现要素：

7.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何克服现有技术方案中存在的易发生干涉和通用性差的缺陷。
8.为实现上述目的，本发明提供了一种通过夹爪夹持更换末端工具的方式，避免了集成式末端执行器操作过程中发生的干涉以及通用性差的问题。具体来说，本发明提供了一种开关柜巡检机器人，包括：
9.移动底盘，所述移动底盘能够依照作业环境地图进行移动；
10.本体外壳，所述本体外壳设置于所述移动底盘上，会随着所述移动底盘的移动而移动；
11.机械臂，所述机械臂的一端固定设置于所述本体外壳上的一侧，另外一端连接有末端执行器；
12.末端工具，所述末端工具相对所述机械臂设置于所述本体外壳上的另外一侧，包括若干组别的不同类型工具；
13.其中，所述末端执行器包括双目摄像头和平行夹爪，通过所述双目摄像头采集的图像和深度信息识别目标开关的位置和类型，再通过所述平行夹爪夹持与识别的所述目标开关的所述类型相对应的所述末端工具完成巡检操作。
14.进一步地，所述末端工具中的所述不同类型工具包括但不限于按钮工具、柔性开门工具和钥匙工具。
15.进一步地，所述末端工具中的所述不同类型工具固定设置于所述本体外壳上且相对于所述机械臂在所述本体外壳上的位置固定。
16.进一步地，所述末端工具中的所述不同类型工具可根据所述目标开关的所述类型进行定制。
17.进一步地，所述末端工具中的所述不同类型工具的组别数量可随着所述本体外壳的增大而变多，也可以随着所述本体外壳的减小而变少。
18.进一步地，所述末端执行器还包括弹性触杆。
19.进一步地，所述弹性触杆上安装有压力传感器；当所述弹性触杆接触所述目标开关，所述压力传感器计算所述弹性触杆的末端压力，当所述末端压力超过预先设定的压力值时，所述机械臂沿着前进的方向后退。
20.进一步地，所述双目摄像头有两个。
21.进一步地，所述末端执行器还包括两个补光灯。
22.进一步地，在所述末端执行器识别出所述目标开关的所述位置和所述类型后，所述机械臂规划运动轨迹并通过逆运动学解算确定关节角度，再通过所述平行夹爪夹持对应的所述末端工具完成巡检操作。
23.本发明提供的一种开关柜巡检机器人至少具有以下技术效果：
24.1、在采用集成式末端执行器对开关柜进行操作时，末端执行器的末端结构冗杂，在实际操作中容易与其它未操作对象干涉，而且该结构导致末端重量过大，从而极易超过机械臂负载。在本发明所提供的技术方案中，将末端执行器与末端工具分开设置，末端执行器设置于机械臂的一端，而末端工具则设置于本体外壳上。通过这样的分开设置，解决末端结构冗杂所导致的超过机械臂负载的问题；
25.2、集成式末端执行器的结构仅适用于单一电柜，搭载功能模块有限，面对不同的电柜，则需要更换整个末端执行器，价格昂贵，通用性差。在本发明所提供的技术方案中，设置于本体外壳上的末端工具的组别数量可随着本体外壳的增大而变多，也可以随着本体外壳的减小而变少，且末端工具中的不同类型工具可根据目标开关的类型进行定制，即末端工具中的不同类型工具包括但不限于按钮工具、柔性开门工具和钥匙工具。通过这样的灵活定制，解决原来的集成式末端执行器仅适用于单一电柜的情况。
26.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
27.图1是本发明的一个较佳实施例的结构示意图；
28.图2是图1所示实施例中的末端执行器的结构示意图。
具体实施方式
29.以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
30.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
31.本发明实施例为克服现有技术中易发生干涉和通用性差的缺陷，提供了一种通过夹爪夹持更换末端工具的方式，避免了集成式末端执行器操作过程中发生的干涉以及通用性差的问题。
32.如图1所示，本发明提供的一种开关柜巡检机器人，包括：
33.能够依照作业环境地图进行移动的移动底盘7，其中，开关柜巡检机器人的移动底盘7是通过激光雷达构建作业环境地图躲避障碍物。特别地，通过激光雷达采集环境信息，从传感器数据中提取出特征点，例如角点、边缘等，然后将当前帧的特征点与上一帧的特征点进行匹配，得到当前帧相对于上一帧的位姿变换。根据当前帧的位姿变换和激光雷达数据，构建地图，最后对地图进行优化，得到更加精确的地图。激光雷达扫描周围环境，在遇到障碍物时可以检测到其位置、距离和形状等信息，并向agv控制器发送信号以避免碰撞。
34.设置于移动底盘7上的本体外壳8，本体外壳8会随着移动底盘7的移动而移动。
35.机械臂9，特别地，机械臂9的一端固定设置于本体外壳8上的一侧，另外一端连接有末端执行器。
36.相对机械臂设置于本体外壳上的另外一侧的末端工具，包括若干组别的不同类型工具。末端工具中的不同类型工具包括但不限于按钮工具4、柔性开门工具5和钥匙工具6。末端工具中的不同类型工具固定设置于本体外壳8上且相对于机械臂9在本体外壳上8的位置固定。
37.末端工具中的不同类型工具可根据目标开关的类型进行定制。末端工具中的不同类型工具的组别数量可随着本体外壳8的增大而变多，也可以随着本体外壳8的减小而变少。理论上，在本体外壳8允许的情况下可以放足够数量的末端工具。
38.如图2所示，末端执行器通过法兰11连接于机械臂9的第六轴上，包括双目摄像头10和平行夹爪2。开关柜巡检机器人前进至目标开关柜，通过双目摄像头10采集清晰的图像以及深度信息，获得目标开关的位置坐标参数和开关类型。根据按钮的特征(尺寸、形状和色彩)来识别不同类型的按钮，例如圆形按钮、方形按钮和长方形按钮等。在识别后还可以通过形态学处理和模板匹配等算法来进一步确定按钮的类型。通过这些方法，双目摄像头10可以实现对按钮类型的识别和判断。
39.根据识别的目标开关类型，机械臂9通过末端的平行夹爪2夹持对应的按钮工具4、柔性开门工具5、钥匙工具6(工具可替换，不限于此)。
40.根据识别的目标开关坐标信息，机械臂9规划运动轨迹并通过逆运动学解算对应的关节角度，再通过平行夹爪2夹持对应的末端工具实现对目标开关的操作。
41.双目摄像头10有两个，分别位于平行夹爪2的两侧。
42.在双目摄像头10的附件都设置有对应的补光灯1，补光灯1也都位于平行夹爪2的两侧。当作业环境灯光太弱时，两侧的补光灯1可为双目摄像头10提供可靠光源，以提高识别范围。
43.在开关按钮较为脆弱时，采用末端执行器搭载的弹性触杆3操作。弹性触杆3上安装有压力传感器；当弹性触杆3接触目标开关，压力传感器计算弹性触杆3的末端压力，当末端压力超过预先设定的压力值时，机械臂9沿着原前进的方向后退。
44.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种开关柜巡检机器人，其特征在于，包括：移动底盘，所述移动底盘能够依照作业环境地图进行移动；本体外壳，所述本体外壳设置于所述移动底盘上，会随着所述移动底盘的移动而移动；机械臂，所述机械臂的一端固定设置于所述本体外壳上的一侧，另外一端连接有末端执行器；末端工具，所述末端工具相对所述机械臂设置于所述本体外壳上的另外一侧，包括若干组别的不同类型工具；其中，所述末端执行器包括双目摄像头和平行夹爪，通过所述双目摄像头采集的图像和深度信息识别目标开关的位置和类型，再通过所述平行夹爪夹持与识别的所述目标开关的所述类型相对应的所述末端工具完成巡检操作。2.如权利要求1所述的开关柜巡检机器人，其特征在于，所述末端工具中的所述不同类型工具包括但不限于按钮工具、柔性开门工具和钥匙工具。3.如权利要求1所述的开关柜巡检机器人，其特征在于，所述末端工具中的所述不同类型工具固定设置于所述本体外壳上且相对于所述机械臂在所述本体外壳上的位置固定。4.如权利要求1所述的开关柜巡检机器人，其特征在于，所述末端工具中的所述不同类型工具可根据所述目标开关的所述类型进行定制。5.如权利要求1所述的开关柜巡检机器人，其特征在于，所述末端工具中的所述不同类型工具的组别数量可随着所述本体外壳的增大而变多，也可以随着所述本体外壳的减小而变少。6.如权利要求1所述的开关柜巡检机器人，其特征在于，所述末端执行器还包括弹性触杆。7.如权利要求6所述的开关柜巡检机器人，其特征在于，所述弹性触杆上安装有压力传感器；当所述弹性触杆接触所述目标开关，所述压力传感器计算所述弹性触杆的末端压力，当所述末端压力超过预先设定的压力值时，所述机械臂沿着前进的方向后退。8.如权利要求1所述的开关柜巡检机器人，其特征在于，所述双目摄像头有两个。9.如权利要求1所述的开关柜巡检机器人，其特征在于，所述末端执行器还包括两个补光灯。10.如权利要求1所述的开关柜巡检机器人，其特征在于，在所述末端执行器识别出所述目标开关的所述位置和所述类型后，所述机械臂规划运动轨迹并通过逆运动学解算确定关节角度，再通过所述平行夹爪夹持对应的所述末端工具完成巡检操作。

技术总结
本发明公开了一种开关柜巡检机器人，涉及机器人技术领域，包括：移动底盘，所述移动底盘能够依照作业环境地图进行移动；本体外壳，所述本体外壳设置于所述移动底盘上，会随着所述移动底盘的移动而移动；机械臂，所述机械臂的一端固定设置于所述本体外壳上的一侧，另外一端连接有末端执行器；末端工具，所述末端工具相对所述机械臂设置于所述本体外壳上的另外一侧，包括若干组别的不同类型工具；其中，所述末端执行器包括双目摄像头和平行夹爪，通过所述双目摄像头采集的图像和深度信息识别目标开关的位置和类型，再通过所述平行夹爪夹持与识别的所述目标开关的所述类型相对应的所述末端工具完成巡检操作。末端工具完成巡检操作。末端工具完成巡检操作。


技术研发人员：成雷 黄天艺
受保护的技术使用者：宁波环蒙科技有限公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/9/6