CN108673508A - 带电检修机器人的多传感器融合控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带电检修机器人的多传感器融合控制方法及系统，从上到下的顺序对带电检修机器人进行还原，本发明通过融合各传感器数据，记录机器人状态，通过与初始位置的比较，完成状态复位。同时，通过机械臂与变电站设备的距离数据、泄漏电流数据，实现机器人还原过程中的安全防护。

Description

带电检修机器人的多传感器融合控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种带电检修机器人的多传感器融合控制方法及系统。

背景技术

在带电作业机器人作业完毕，绝缘臂从作业状态复位至作业前状态时，如果通过远程遥控的方式复位机器人，则需要复杂的操作、耗费大量的时间。在此过程中，机器人容易出现重心保持工作状态，在设备众多的变电站内部，易与设备发生碰撞从而导致危险发生。此外，还会占据较大的空间，影响其他作业。

同时，当还原时，在检测和执行过程中，各传感器和执行器会出现同时判定的情况，会影响整个机械臂的动作过程和流畅性，容易出现机械臂发生故障或者损害电力线路或电力设备的情况。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种带电检修机器人的多传感器融合控制方法及系统，本发明通过融合各传感器数据，记录机器人状态，通过与初始位置的比较，完成状态复位。同时，通过机械臂与变电站设备的距离数据、泄漏电流数据，实现机器人还原过程中的安全防护。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带电检修机器人的多传感器融合控制方法，包括：

划分优先级，配置泄漏电流传感器具有最高的优先级，其次是超声波传感器、倾角传感器和编码器，优先级最低的传感器为激光传感器和视觉传感器；在执行器中，绝缘臂动作执行器具有最高的优先级，其次是作业工具，优先级最低的执行器是底盘驱动和支腿控制执行器；

任一执行器优先级乘以其关联执行器的优先级，通过判定优先级决定执行器的动作先后顺序，根据其判定优先级控制其对应执行器动作。

进一步的，实时检测机器人整机泄漏电流值以及绝缘臂各部位与变电站设备的距离，当泄漏电流值超出安全值，机器人整机所有动作将停止；当与变电站设备的距离超出安全值时，对应部位的绝缘臂将停止作业。

进一步的，依次检测机器人的泄漏电流值、与变电站设备的距离值、绝缘臂转角值和底盘倾角值，按照先后顺序对上述数据进行判断，各数据均处于正常范围时，依次进行复位作业。

进一步的，当一个传感器对应多个执行器时，通过判定优先级决定执行器的动作先后顺序，即当多个传感器同时发生判定，则根据其判定优先级控制其对应执行器动作。

进一步的，所述带电检修机器人，包括带电检修机器人本体，具体包括移动机构，设置于移动机构上的底盘，用于支撑和固定移动机构的支腿，设置于底盘上的绝缘臂，设置于绝缘臂上的小飞臂，搭载于小飞臂上的作业工具(至少包括导线清扫工具和导线修补工具)，绝缘臂、小飞臂、导线清扫工具和导线修补工具都具有运动机构和相应的控制机构。

进一步的，所述多传感器包括设置在绝缘臂上的用于测量绝缘臂的伸缩长度的激光测距传感器，用于测量泄漏电流的泄漏电流传感器，测量绝缘臂旋转角度的编码器，测量工具与变电站设备距离的超声波传感器，测量底盘倾角的倾角传感器，以及测量绝缘臂位置的接近开关。

进一步的，接收一键还原控制指令后，各传感器将相应的执行器的当前状态和初始状态进行比较，在当前状态与初始状态差值小于设定的误差值时，还原完成。

进一步的，所述作业工具由电机进行驱动，在运动过程中，电机驱动板上的电流传感器将实时检测压接电流，当电流超出安全值，视为恢复完成。

进一步的，所述绝缘臂具有伸缩臂和旋转轴，且旋转轴阀组驱动旋转轴进行运动，伸缩轴阀组驱动伸缩轴进行运动。

进一步的，所述旋转轴上设置有编码器，编码器实时检测旋转轴角度值，当编码器数值为0时，视为恢复完成。

进一步的，所述伸缩轴上设置有激光测距传感器，激光测距传感器实时检测伸缩轴长度，当激光测距传感器数值为0时，视为恢复完成。

一种带电检修机器人的多传感器融合控制系统，包括控制器，所述控制器在机器人作业时，配置为按照以下策略进行优先级顺序作业：

划分优先级，配置泄漏电流传感器具有最高的优先级，其次是超声波传感器、倾角传感器和编码器，优先级最低的传感器为激光传感器和视觉传感器；在执行器中，绝缘臂动作执行器具有最高的优先级，其次是作业工具，优先级最低的执行器是底盘驱动和支腿控制执行器；

任一执行器优先级乘以其关联执行器的优先级，通过判定优先级决定执行器的动作先后顺序，根据其判定优先级控制其对应执行器动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明能够快速通过融合各传感器数据，记录机器人状态，通过与初始位置的比较，完成状态复位，保证机器人和变电站设备的安全；

2、本发明通过在还原过程中，不断采集和比较机械臂与变电站设备的距离数据、泄漏电流数据，实现机器人还原过程中的安全防护；

3、本发明能够有效保障机器人作业安全，通过划分传感器的优先级，能够有效防止优先级相同而出现系统误判的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为机器人系统传感器优先级的示意图；

图2为机器人系统执行器优先级的示意图；

图3为主要传感器及其关联执行器的关联示意图；

图4为多传感器融合的系统结构图；

图5为多传感器中各个传感器的设置位置图。

1-6-泄漏电流传感器，7-编码器，8-超声波传感器，9-编码器，10-激光扫描仪，11-双目相机，12-超声波传感器，13-接近开关，14-激光测距传感器， 15-接近开关，16-编码器，17-超声波传感器。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

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申请的示例性实施方式。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。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

变电站带电检修作业机器人系统包括变电站设备带电检修机器人本体、高功率密度液压机械臂、专用作业工具和机器人控制系统。针对上述系统，一键还原系统的控制对象主要是：机器人本体和专用作业工具，其中机器人本体包括移动底盘和绝缘伸缩臂。

作为一种典型的实施例，提供一种变电站带电检修作业机器人系统进行说明，本发明的控制方法与系统的可使用性。

变电站带电检修作业机器人系统包括变电站设备带电检修机器人本体、高功率密度液压机械臂、专用作业工具和机器人控制系统。针对上述系统，多传感器融合控制的对象主要是：机器人本体和专用作业工具，其中机器人本体包括移动底盘和绝缘伸缩臂。

进一步的详细说明，机器人本体包括：移动底盘，设置于移动底盘上的绝缘升降臂，绝缘升降臂前端连接小飞臂，小飞臂前端设置用于放置带电作业工具的带电作业平台，小飞臂通过快速连接装置与带电作业工具连接；

带电作业工具包括：导线修补工具、绝缘子清扫工具；

作业平台主要用于放置导线修补工具、绝缘子清扫工具和电控箱等部件，并在其上安装有全景相机、激光测距仪、超声传感器等控制监测元器件。

遥控终端包括遥控模块和无线通讯模块，所述遥控模块包括工控机、液晶显示屏和手柄按键，工控机通过无线通讯模块与主控制器通讯。无线通讯模块由网桥和天线构成，采用2.4G无线通信方式。手柄按键包括：用于控制移动运载车辆的左右轮运动方向的按键；用于控制清扫机构清扫方向的按键；用于控制机械臂俯仰/旋转的按键；用于控制移动底盘液压支腿的按键；一键还原控制按键以及手动/自动切换按键等等；通过遥控终端实现对机器人本体、带电作业工具的远程控制。

机器人在变电站内行走作业需要借助移动工具，变电站带电检修机器人采用履带式移动底盘结构。履带式移动底盘由底盘、履带架、驱动轮、承重轮、履带、张紧缓冲装置以及两侧的四个液压支腿组成，可实现多种复杂路况环境下无障碍移动，为检修作业机器人提供移动平台支撑。

针对变电站带电检修机器人的移动底盘采用电液驱动方案，即采用单电机+ 单液压泵+液压马达驱动方案，采用一个电机(通常为直流电机)带动液压泵，电动底盘由液压马达与减速机一体化行走装置、橡胶履带，驱动轮，导向轮、张紧机构等组成，本方案的优点在于，机器人的上装绝缘部分及支腿部分可以与底盘共用一套液压系统，减少了系统的冗余度。

移动底盘内部分别布置了锂电池组及电池管理系统，高压控制盒，充电机，底盘控制阀组，底盘控制箱，液压油箱，大功率电机，液压泵，液压散热器以及蓄电池等；采用履带式电动底盘结构，对于3-3.5吨位的底盘，采用电动形式在国内尚属首例，具有噪声低，节能环保以及节约能源的作用，对于环境保护具有非常重要的意义。

用于变电站带电检修作业的绝缘升降臂系统，包括：回转减速器、回转平台、主臂、上臂、绝缘伸缩臂以及小飞臂；

回转平台安装在回转减速器上，主臂与回转平台连接，通过回转平台实现回转，主臂与变幅油缸连接，通过变幅油缸的伸缩实现主臂的俯仰；

主臂与上臂可转动连接，上臂通过上臂摆动油缸驱动实现与主臂的相对俯仰移动；上臂摆动油缸的设置实现了上臂俯仰起升，相比于传统的变幅油缸，节省了机械臂的布置空间，提高结构紧凑性以及作业稳定性。

上臂与绝缘伸缩臂固定连接，绝缘伸缩臂采用同步伸缩的结构方式，臂架在伸缩过程中，各节伸缩臂同时以相同的行程比率进行伸缩。绝缘伸缩臂由设置在其内部的直线油缸驱动实现伸缩；通过链条伸缩装置实现绝缘臂的伸缩，链条伸缩装置利用动定滑轮原理，设置其伸缩速比为1:2，即油缸伸出100mm，绝缘伸缩臂伸出200mm。该伸缩方式可有效缩短绝缘伸缩臂的长度，增加绝缘距离。

绝缘伸缩臂前端有安装小飞臂的耳板，用以连接小飞臂；小飞臂与伸缩内臂可移动连接，小飞臂为绝缘材料空心杆结构，增加了结构的稳定性，有效防止了在作业过程中由于连杆机构的颤振现象，并便于组装维护。小飞臂驱动机构为摆动油缸，便于传感器的安装，提高了控制精度。小飞臂由旋转摆动油缸和俯仰摆动油缸驱动实现与伸缩内臂的相对旋转摆动和俯仰摆动；小飞臂通过调平摆动油缸实现平台微调；小飞臂设置一个俯仰自由度，一个旋转自由度和一个平台微调自由度，使平台的操控和移动更加便捷。

主臂包括两段金属臂和设置在两段金属臂之间的绝缘臂；上臂包括两段金属臂和设置在两段金属臂之间的绝缘臂；绝缘伸缩臂包括绝缘外臂和伸缩内臂；小飞臂包括两段金属臂和设置在两段金属臂之间的绝缘臂；上述机械臂材料的设置方式，一方面能够实现良好的绝缘，满足带电作业的需求，另一方面减轻了机械臂的整体重量，提高机械臂整体稳定性。

小飞臂前端设置带电作业平台，带电作业平台上分别设置全景相机和激光扫描仪，用于实现图像采集和测距。

带电作业平台上主要搭载液压机械臂(异物清理工具)、绝缘子清扫工具等带电作业专用装置。所以，带电作业平台的调平精度和调平可靠性将直接影响带电作业的效果和效率。

带电作业工具与小飞臂通过快速连接装置进行连接，液压管路之间通过快换接头连接，实现不同作业工具的快速切换。

主臂和上臂上分别安装编码器和接近开关，能够获取主臂和上臂的旋转角度以及位置信息；上臂肘关节的三个侧面上分别安装3个超声波传感器，用于采集肘关节到变电站中设备的距离；绝缘伸缩臂上安装激光测距传感器，能够获取伸缩内臂的伸缩长度；小飞臂上分别安装倾角传感器和水平旋转编码器，能够获取小飞臂的旋转角度和水平倾角；通过对多传感器数据进行融合，按照设定的优先级顺序实现对绝缘升降臂系统的一键还原以及对小飞臂的调平。

绝缘臂工作过程，通过控制主臂与上臂的俯仰、绝缘伸缩臂的伸缩以及小飞臂的精度微调，将带电作业工具精准的送至目标位置。

本发明用于变电站带电检修作业的绝缘升降臂系统，还包括：绝缘升降臂控制系统，所述绝缘升降臂控制系统包括：主控制器、辅助控制器和信号采集模块；所述主控制器通过光纤分别信号采集模块与和辅助控制器通信；

信号采集模块用于采集上臂旋转角度信息和主臂安全防护信息，并将采集到的信息传递给主控制器；(3个超声波传感器分别设置在安装在肘关节的三个侧面上，用于采集肘关节到变电站中设备的距离)；

辅助控制器采集安装在上臂的超声波传感器的数据，得到电压信号，并将电压信号换算为距离信息，实现对肘关节液压比例阀的控制。

辅助控制器采集安装在绝缘伸缩臂上的激光测距传感器的数据，得到绝缘伸缩臂与变电站设备之间的距离，从而实现对绝缘伸缩臂伸缩长度的控制；

辅助控制器采集安装在自动作业平台上的倾角传感器的数据，得到小飞臂的旋转角度，从而实现对小飞臂旋转角度的控制；

辅助控制器采集安装在小飞臂上的水平旋转编码器的数据，得到小飞臂的水平倾角，从而实现对小飞臂水平倾角的控制；

主控制器分别采集安装在主臂和上臂的编码器的数据，得到主臂和上臂的转角，从而实现对主臂和上臂转角的控制；

主控制器分别采集安装在主臂和上臂上的接近开关的数据，得到主臂和上臂的位置信息，从而实现对主臂和上臂位置的控制。

绝缘升降臂控制系统包括：小飞臂调平控制系统，具体包括：倾角传感器、调平电磁阀和信号输入输出端子；所述倾角传感器通过信号输入输出端子与主控制器连接，主控制器与电磁阀连接；

倾角传感器检测自动作业平台的倾斜角度，以电压信号形式输出，控制器通过信号输入输出端子读取到该数值，将得到的倾角数据与允许误差进行比较，当倾角数据大于允许误差时，通过调节调平电磁阀的阀芯开度和阀芯运动方向，实现对调平摆动油缸的控制，从而实现调平作业。

在主臂和上臂位置分别设置编码器，用于实现主臂和上臂旋转角度的测量；

在伸缩内臂上设置伸缩轴激光测距传感器，用于实现伸缩臂伸缩距离的测量；

设置泄漏电流传感器，实现泄漏电流值的测量；

在上臂位置设置超声波传感器，用于实现上臂与变电站设备距离信息的测量。

通过伸缩轴阀组控制伸缩臂的伸缩，通过旋转轴阀组控制旋转平台的旋转。

变电站带电作业导线修补工具，如图5所示，包括壳体，在所述壳体上设有开口，驱动机构设置在所述开口处，驱动机构与左夹持、右夹持臂分别连接，驱动左右夹持臂实现开合运动；在所述左夹持和右夹持臂之间、沿与夹持臂运动方向垂直的方向设置用于固定修补片的底座，在修补片底座的两端分别设置合线装置。

底座呈内凹的圆弧形，底座两端设置梯形固定销轴，用于固定修补片。

驱动机构的优选结构包括：蜗轮蜗杆传动机构和驱动电机；

驱动电机与传动安装座通过螺栓连接；蜗杆轴与蜗杆键连接，左右夹持臂与蜗轮分别采用螺栓连接，夹持臂与蜗轮中间有通孔，传动齿轮与电机轴/蜗杆轴键连接，由连接轴将外壳、夹持臂与蜗轮间隙配合，连接轴由挡圈固定。

驱动电机通过传动齿轮带动蜗杆轴转动，蜗杆轴上设有两段螺旋齿，每一段螺旋齿分别连接一个蜗轮，所述蜗轮分别连接左夹持和右夹持臂；蜗杆轴转动带动蜗轮转动，从而驱动左、右夹持臂的移动。

驱动电机的启停通过设置在控制箱内的控制板实现；控制箱内还设有无线收发模块，无线收发模块上有卡扣，卡在安装滑轨上，安装导轨由螺栓固定在控制箱外壳的下板上，无线收发模块的作用在于远程无线通信。无线收发模块接收对驱动电机的控制信号并传送至控制板，控制板控制驱动电机的启停，从而控制导线修补装置的工作状态。

导线修补装置的壳体上还固定有电池座，电池与电池座间隙配合，电池的主要作用是为导线修补装置的控制板、无线收发模块、驱动电机及信息采集装置等供电。

控制箱外壳上还设有开关；开关上自带螺纹和螺母，控制箱外壳上开通孔，开关穿过开孔，自上紧；开关的作用在于与可以使导线修补装置在工作时上电，非工作时断电，有利于节能。

需要说明的是，本发明的驱动机构还可以采用本领域技术人员可以获知的其它驱动形式，比如：对左右夹持臂分别采用驱动电机驱动旋转的形式或者采用步进电机直接驱动左右夹持臂来回转动的形式。

合线装置包括分别设置在底座两端用于收拢导线的凹槽，凹槽顶端开口呈漏斗状；便于收拢散股导线；在凹槽靠近底部位置的两侧分别连接开口相对的合线头；合线头采用3/4圆结构设计，下沿为1/4圆，上沿为1/2圆，合线头与合线装置螺栓连接，可绕螺栓旋转；合线头的作用是将收拢进来的散股导线进一步汇集到一起。

修补片包括：

导线压接区，在所述导线压接区的一侧连接有至少两个压接齿，每两个压接齿之间形成设定距离的空隙，导线压接区的另外一侧连接有与所述空隙位置相对应的压接齿；所述压接齿的末端向内弯曲设定弧度。

导线压接区的前后两端分别设有开口，所述开口大小满足与设置在底座两端的梯形固定销轴过渡配合，由螺栓定位。有效的解决修补片的固定问题，且防止了导线压接过程中的修补片的旋转问题。

导线压接区的中心位置设置通孔，能够减重。

导线压接区为弧形凹槽，弧形凹槽的弯曲弧度以及压接齿的末端向内弯曲的弧度根据导线的直径确定，比如，对于400型号导线，设计弧形凹槽的弯曲弧度为40°；弯曲半径为15.5mm；压接齿的末端向内弯曲的弯曲半径为12mm。通过合理设定这两个弧度，能够保证两个压接齿能够像卡扣一样扣在导线上，还能防止压接后压接齿的回弹。

需要说明的是，修补片的材料选用2mm的铝片，铝片厚度太厚，不利于压弯夹紧；铝片厚度太薄，容易使铝片回弹影响压接效果。

本发明实施例中，导线修补装置由带电作业机器人承载而进行架空线路中导线的修补作业。带电作业机器人包括移动底盘，固定在移动底盘上的绝缘伸缩臂，以及固定在绝缘伸缩臂前端的自动作业平台；自动作业机械臂和信息采集装置均可以固定于自动作业平台上，自动作业平台与绝缘伸缩臂连接，绝缘伸缩臂固定在移动底盘上；通过伸缩油缸实现绝缘伸缩臂的伸缩，从而带动自动作业平台到达作业位置。

需要说明的是，自动作业机械臂和绝缘伸缩臂都要求具有良好的绝缘性，具体绝缘的形式可以采用在机械臂上增加绝缘套的形式，也可以采用将机械臂设置为绝缘材料段和金属材料段交替设置的形式。

导线修补工具由自动作业机械臂夹持进行作业，自动作业机械臂夹持导线修补工具从导线未受损侧进入导线，通过信息采集装置对导线进行对准；

自动作业机械臂夹持导线修补工具由未受损侧移动到受损部位，断股导线在导线修补工具合线装置及合线头的作用下进行收拢：导线修补工具由导线未受损侧进入时，导线经合线装置的凹槽进入导线修补工具，同时，导线与合线头下沿接触，在导线进入导线修补工具时，合线头发生转动，合线头的上沿与导线接触，将导线上半圆包围，与合线装置内凹槽下端一起将导线外直径包围，在导线修补工具沿导线行走过程中，导线的下半圆始终与合线头的上下沿接触，使合线头不发生转动；导线与合线装置和合线头之间存在一定的间隙，散股导线在合线装置和合线头的作用下收拢。

待修补片中心位置正对断股导线时，自动作业机械臂停止移动，导线修补工具的驱动机构驱动夹持臂压紧修补片，进行自动修补作业；

当作业完成后，在驱动电机的作用下，夹持臂反向旋转，待夹持臂完全张开后，控制驱动机构停止运动；

自动作业机械臂夹持导线修补工具向导线的正下方移动，将导线修补工具撤离导线。

需要说明的是，本发明公开的异物清扫通过自动作业机械臂实现，异物清扫工具即在自动作业平台上设置自动作业机械臂和信息采集装置即可。

本发明的变电站支柱绝缘子带电清扫工具，包括：垂直升降机构、环抱旋转机构以及两个清扫机构，其中，垂直升降机构供环抱旋转机构设置于其上并能于其上上下移动；环抱旋转机构则供清扫机构设置于其上，并能带动该清扫机构绕变电站支柱绝缘子轴线水平旋转；清扫机构即用以对变电站支柱绝缘子进行清扫。

本发明还公开了变电站支柱绝缘子带电清扫工具的控制系统，用以控制变电站支柱绝缘子带电清扫装置的运行，该变电站支柱绝缘子带电清扫装置由带电作业机器人承载而进行变电站支柱绝缘子的清扫作业。

该控制系统包括控制模块、信号收发模块、驱动模块以及保护模块，其中，控制模块用以产生和输出控制指令；信号收发模块用以将控制模块输出的控制指令传送至驱动模块，并将保护模块产生的限位信号传送给控制模块；驱动模块用以根据控制指令驱动带电清扫工具运行；保护模块则用以监测带电清扫工具运行的位置，在其运行到极限位置时产生限位信号，并将其反馈至控制模块。

详细来说，控制模块包括远程遥控终端和主控制器，远程遥控终端与主控制器之间为无线通信连接(如WIFI)。远程遥控终端在其遥控手柄被操作或按键被按压时，发送控制信号至主控制器，藉由主控制器实现对变电站支柱绝缘子带电清扫装置的控制，该控制信号为多路开关量信号或模拟量信号。主控制器还接收来自保护模块的限位信号，该限位信号为开关量信号。主控制器接收到来自远程遥控终端的控制信号或来自保护模块的限位信号时，相应输出控制指令至信号收发模块。该控制指令为“0～5V”的模拟量信号，如主控制器接收远程遥控终端10输出的“-127～127”的开关量信号时，对其进行数模转换处理，以输出“0～5V”的模拟量信号。

信号收发模块从主控制器接收控制指令，并将其发送至驱动模块；从保护模块接收限位信号，并将其发送至主控制器。信号收发模块包括模拟量信号无线收发模块和开关量信号无线收发模块。

模拟量信号无线收发模块用以采集并远程传送模拟量信号，包括模拟量输入模块、模拟量无线发射模块、模拟量无线接收模块以及模拟量输出模块。其中，模拟量输入模块与模拟量无线发射模块相连接，模拟量无线接收模块与模拟量输出模块相连接，模拟量无线发射模块与模拟量无线接收模块之间为无线通信连接，且该模拟量无线接收模块输出“0-5V”模拟量信号。当模拟量输入模块接收到主控制器输出的控制指令，即输出至模拟量无线发射模块，由模拟量无线发射模块发送至模拟量无线接收模块，再经模拟量无线接收模块输出至模拟量输出模块，由模拟量输出模块输出至驱动模块。该模拟量输出模块与驱动模块之间采用Ether CAT通信。

开关量信号无线收发模块用于采集并远程传送开关量信号，包括开关量输入模块、开关量无线发射模块、开关量无线接收模块以及开关量输出模块，其中，开关量输入模块与开关量无线发射模块相连接，开关量无线接收模块与开关量输出模块相连接，开关量无线发射模块与开关量无线接收模块之间采用射频通信。当开关量输入模块接收到保护模块输出的限位信号，即输出至开关量无线发射模块，由开关量无线发射模块发送至开关量无线接收模块，再经开关量无线接收模块输出至开关量输出模块，由开关量输出模块输出至主控制器。

驱动模块用以接收信号收发模块传送的控制指令，并根据该控制指令驱动带电清扫工具运行，或终止带电清扫工具的运行。该驱动模块包括伺服阀和液压马达，其中伺服阀接收模拟量输出模块输出的控制指令，并根据该控制指令控制液压马达运动，从而驱动带电清扫工具进行变电站支柱绝缘子清扫作业。

保护模块包括光电开关和接近开关，用以监测带电清扫工具运行的位置，以据此对带电清扫工具进行限位。当带电清扫工具运动到极限位置时，触发光电开关和/或接近开关，该光电开关和/或接近开关即输出限位信号至开关量输入模块。

如光电开关或接近开关输出“5V”高电平至开关量输入模块，进而由开关量输入模块输出至开关量无线发射模块，开关量无线发射模块与开关量无线接收模块通信，使得开关量无线接收模块同步输出继电器信号，若给开关量无线接收模块提供12V信号，则其输出为“12V”高电平，其与开关量输出模块连接，并将信号输出到其中的一个通道，当光电开关和/或接近开关对应输出高低电平时，主控制器对应接收高低电平。

本发明中，垂直升降机构、环抱旋转机构以及至少两个清扫机构，

垂直升降机构和环抱旋转机构的运行由驱动模块的液压油缸驱动；光电开关监测垂直升降机构运行的位置，当该垂直升降机构运动到极限位置时，触发光电开关，该光电开关即输出限位信号(第一限位信号)至开关量输入模块；接近开关监测环抱旋转机构运行的位置，当该环抱旋转机构运动到极限位置时，触发接近开关，该接近开关即输出限位信号(第二限位信号)至开关量输入模块。

开关量信号无线收发模块将第一限位信号和/或第二限位信号传送至主控制器，主控制器相应输出控制指令，通过控制驱动模块的伺服阀来控制液压油缸运动，从而控制垂直升降机构和环抱旋转机构，例如令其停止运行，即使带电清扫装置持续进行支柱绝缘子清扫作业或停止带电清扫装置的作业。

以上仅为举例，保护模块及其光电开关、接近开关的设置不限于此。

本发明的控制系统控制变电站支柱绝缘子带电清扫装置运行时，首先操作远程遥控终端，通过其发送控制信号至主控制器。当该主控制器收到该控制信号时，若该控制信号为开关量信号，则主控制器先将该开关量信号数模转换为模拟量信号，以输出为模拟量信号的控制指令至模拟量信号无线收发模块；若该控制信号为模拟量信号，即输出相应的为模拟量信号的控制指令至模拟量信号无线收发模块。该控制指令经模拟量信号无线收发模块传送，最终输出至驱动模块的伺服阀，以启动液压马达工作。于是，该液压马达驱动带电清扫装置运行，对变电站支柱绝缘子进行清扫作业。

在带电清扫装置运行的过程中，光电开关和接近开关监测带电清扫工具运行的位置。当带电清扫工具运动到极限位置，即会触发光电开关和/或接近开关，使其输出限位信号至开关量输入模块，该限位信号经开关量信号无线收发模块传送并输出至主控制器。当主控制器接收到该限位信号，即输出相应的控制指令，通过控制驱动模块的伺服阀来控制液压油缸运动，从而控制带电清扫装置停止作业。该控制指令同样为模拟量信号，并经模拟量信号无线收发模块传送至驱动模块。

如此即实现了控制系统对变电站支柱绝缘子带电清扫装置的控制。

在具体实施时，主控制器、模拟量输入模块、模拟量无线发射模块、开关量无线接收模块以及开关量输出模块设置于带电作业机器人的移动车体上，驱动模块、保护模块、模拟量无线接收模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量无线发射模块则安装于带电作业机器人所承载的带电清扫工具上。

本发明的变电站支柱绝缘子带电清扫装置的控制系统，能够帮助操作者对带电清扫工具的运行方式和状态进行远程控制和监控，提高机器人作业的绝缘性、稳定性和安全性。

通过对上述的机器人本体和带电作业工具，本发明能够实现按照不同种类的执行器和传感器按照功能分别配置不同的优先级，如图1和图2所示，在传感器中，泄露电流传感器具有最高的优先级，其次是超声波传感器、倾角传感器和编码器，优先级最低的传感器为激光传感器和视觉传感器；在执行器中，绝缘臂动作执行器具有最高的优先级，其次是作业工具，优先级最低的执行器是底盘驱动和支腿控制执行器。能够很好的对上述变电站带电检修作业机器人系统进行控制。

具体包括：

一键还原是通过一键触发机器人自动复位，将机器人从作业状态复位为作业前状态。复位过程实现对各关节的监控，同时实现与变电站内设备避障，一键还原系统的实现是基于机器人的多传感器融合系统。一键还原系统作业前后。

机器人在作业后，机器人底盘支腿张开、绝缘臂有不同程度的伸展和旋转、专用作业工具处于作业状态。一键还原后，机器人底盘支腿回收并调平底盘、绝缘臂回收旋转至最小空间状态、作业工具回收至最小空间状态。

一键还原的实现是基于多传感器融合系统，一键还原系统被触发后，将各执行器的当前状态和初始状态进行比较，在当前状态与初始状态差值小于一定误差值时，还原系统完成。

通过一键触发绝缘臂自动回收的系统，回收过程：泄漏电流传感器检测机器人整机泄漏电流大小、超声波传感器检测各部位距离变电站设备的距离、编码器将实时值与初始值进行比较，当实时值与初始值误差小于一定值时，倾角传感器检测底盘倾斜角度，并控制支腿马达至水平值。至此回收作业完成。还原过程按照传感器和执行器的优先级完成。

在泄漏电流值和距离值在正常范围内时，各执行器按照先上后下的顺序进行回收。首先进行各工具的回收，然后分别进行伸缩臂、上臂、中臂和下臂的回收，最后通过支腿油缸对底盘进行调平。

一键还原的操作主要分为：伸缩还原、旋转还原和工具还原。其中：

伸缩还原主要指伸缩臂的还原，伸缩臂还原的检测元器件为激光测距传感器，当传感器数据和设定值的误差小于10mm时，视为复位作业完成；

旋转还原主要指各关节旋转还原，旋转还原的检测元器件为编码器，当编码器数据误差小于1°时，视为复位作业完成；

工具还原主要指各工具子系统的还原，各根据技术指标分别进行状态判定，当实时数据与设定数据差值小于允许误差时，视为复位作业完成。

在此过程中，多传感器融合系统，具体结构如图4所示，将实时监视各个执行器的状态，避免其与变电站设备发生碰撞及泄露电流过大，保障机器人处于安全作业状态。

安全防护系统包括机器人作业安全防护与运动控制安全防护，其中作业安全防护系统关联传感器为：激光扫描仪、激光测距传感器、泄露电流传感器和编码器；运动控制安全防护系统关联传感器为：超声波传感器、倾角传感器和接近开关。各个传感器的设置位置可以优选为如图5所示的位置上。在伸缩臂末端、肘部和小臂末端安装超声波传感器测距，距离小于安全值减速停止。

在工具前方安装泄露电流传感器，泄露电流>1mA，警示灯闪烁。

各主要传感器分别对应不同的作业任务，其对照情况如表1所示。

表1传感器与其作业任务对照表

多传感器融合系统触发后，依次检测整机泄露电流值、距离值、编码器值和底盘倾角值，按照先后顺序对上述数据进行判断，各数据均处于正常范围时，对应执行器依次进行复位作业。在检测和执行过程中，各传感器和执行器会出现同时判定的情况，所以有必要对其根据紧急程度进行优先级分类。

不同种类的执行器和传感器按照功能分别具有不同的优先级，如图1和图2 所示，在传感器中，泄露电流传感器具有最高的优先级，其次是超声波传感器、倾角传感器和编码器，优先级最低的传感器为激光传感器和视觉传感器；在执行器中，绝缘臂动作执行器具有最高的优先级，其次是作业工具，优先级最低的执行器是底盘驱动和支腿控制执行器。

具体的传感器和执行器优先级对照表为：

表2传感器和执行器优先级对照表

如图3所示，机器人作业过程中，会出现一个传感器对应多个执行器的情况，所以会导致优先级相同而出现系统误判，所以引入判定优先级以避免类似情况发生，判定优先级：任一执行器优先级乘以其关联执行器的优先级。所以当上述情况出现时，系统将通过判定优先级决定执行器的动作先后顺序，即当多个传感器同时发生判定，则根据其判定优先级控制其对应执行器动作。

以超声波传感器8和超声波传感器18为例：

超声波传感器8为底盘驱动防护传感器，则其优先级为：

2(超声波传感器)*3(底盘驱动)＝6

超声波传感器18为伸缩臂旋转传感器，其优先级为：

2(超声波传感器)*1(伸缩臂旋转)＝2

显然：2<6，所以，当两个超声波传感器同时进行判定，机械臂旋转将首先减速停止。

在绝缘臂恢复过程中，泄漏电流传感器和超声波传感器将实时检测机器人整机泄漏电流值以及对应部位与变电站设备的距离。当泄漏电流值超出安全值，机器人整机所有动作将停止；当超声波传感器数值超出安全值时，对应部位的阀组将停止作业。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

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。

Claims (10)

1.一种带电检修机器人的多传感器融合控制方法，其特征是：包括：

划分优先级，配置泄漏电流传感器具有最高的优先级，其次是超声波传感器、倾角传感器和编码器，优先级最低的传感器为激光传感器和视觉传感器；在执行器中，绝缘臂动作执行器具有最高的优先级，其次是作业工具，优先级最低的执行器是底盘驱动和支腿控制执行器；

任一执行器优先级乘以其关联执行器的优先级，通过判定优先级决定执行器的动作先后顺序，根据其判定优先级控制其对应执行器动作。

2.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的多传感器融合控制方法，其特征是：实时检测机器人整机泄漏电流值以及绝缘臂各部位与变电站设备的距离，当泄漏电流值超出安全值，机器人整机所有动作将停止；当与变电站设备的距离超出安全值时，对应部位的绝缘臂将停止作业。

3.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的多传感器融合控制方法，其特征是：依次检测机器人的泄漏电流值、与变电站设备的距离值、绝缘臂转角值和底盘倾角值，按照先后顺序对上述数据进行判断，各数据均处于正常范围时，依次进行复位作业。

4.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的多传感器融合控制方法，其特征是：当多个传感器同时发生判定，根据对应的判定优先级控制其对应执行器动作。

5.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的多传感器融合控制方法，其特征是：所述带电检修机器人，包括带电检修机器人本体，具体包括移动机构，设置于移动机构上的底盘，设置于底盘上的绝缘臂，设置于绝缘臂上的小飞臂，搭载于小飞臂上的作业工具，绝缘臂、小飞臂和作业工具都具有运动机构和相应的控制机构。

6.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的多传感器融合控制方法，其特征是：所述多传感器包括设置在绝缘臂上的用于测量绝缘臂的伸缩长度的激光测距传感器，用于测量泄漏电流的泄漏电流传感器，测量绝缘臂旋转角度的编码器，测量工具与变电站设备距离的超声波传感器，测量底盘倾角的倾角传感器，以及测量绝缘臂位置的接近开关。

7.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的多传感器融合控制方法，其特征是：接收一键还原控制指令后，各传感器将相应的执行器的当前状态和初始状态进行比较，在当前状态与初始状态差值小于设定的误差值时，还原完成。

8.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的多传感器融合控制方法，其特征是：所述作业工具由电机进行驱动，在运动过程中，电机驱动板上的电流传感器将实时检测压接电流，当电流超出安全值，视为恢复完成。

9.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的多传感器融合控制方法，其特征是：所述绝缘臂具有伸缩臂和旋转轴，且旋转轴阀组驱动旋转轴进行运动，伸缩轴阀组驱动伸缩轴进行运动；

所述旋转轴上设置有编码器，编码器实时检测旋转轴角度值，当编码器数值为0时，视为恢复完成；

所述伸缩轴上设置有激光测距传感器，激光测距传感器实时检测伸缩轴长度，当激光测距传感器数值为0时，视为恢复完成。

10.一种带电检修机器人的多传感器融合控制系统，其特征是：包括控制器，所述控制器在机器人作业时，配置为按照以下策略进行优先级顺序作业：

划分优先级，配置泄漏电流传感器具有最高的优先级，其次是超声波传感器、倾角传感器和编码器，优先级最低的传感器为激光传感器和视觉传感器；在执行器中，绝缘臂动作执行器具有最高的优先级，其次是作业工具，优先级最低的执行器是底盘驱动和支腿控制执行器；

任一执行器优先级乘以其关联执行器的优先级，通过判定优先级决定执行器的动作先后顺序，根据其判定优先级控制其对应执行器动作。