一种海上风电双臂遥操作智能运维机器人

摘要

本发明公开了一种海上风电双臂遥操作智能运维机器人，包括运动系统、巡检系统和操控系统，所述巡检系统、操控系统设于运动系统上，巡检系统与操控系统相连，所述运动系统包括车体和导航控制系统，导航控制系统与车体连接，所述操控系统包括操作感知系统、操控机构和随动作业控制系统，操作感知系统与随动作业控制系统相连，随动作业控制系统与操控机构相连，操作感知系统安装于操控机构上。能够实现对高风险区域进行全面巡检、对危险的关键设备进行自主操作，可避免人为失误，降低劳动强度和安全风险。

说明书

技术领域

本发明属于电站运维机器人领域，涉及一种海上风电双臂遥操作智能运维机器人。

背景技术

现阶段关于海上风电场维护研究大都针对单一目标的优化，多研究风电机组的可靠性、可用性以及风电场全生命周期的经济性。而对于海上升压站部分，设备、管道、构架在升压站平台上的室内和室外均有布置，风机本体的巡检模式不可复制。当前监控多涵盖各个设备的自有监测系统，完成日常运行记录并上传陆上集控中心作为运维人员的监控依据。同时近年来倒闸操作频繁出现人员伤亡事故，因为人的失误导致设备处于重大安全隐患，当操作人和监护人未发现隐患操作设备时，必然会造成伤亡事故。如何把升压站当作一个集成设备，为其配置室内外多场景巡检区域的多设备日常巡检、对危险的关键设备进行无人操作，成为海上风电升压站无人化运维所急需解决问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种海上风电双臂遥操作智能运维机器人，能够实现对高风险区域进行全面巡检、对危险的关键设备进行自主操作，可避免人为失误，降低劳动强度和安全风险。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种海上风电双臂遥操作智能运维机器人，包括运动系统、巡检系统和操控系统，所述巡检系统、操控系统设于运动系统上，巡检系统与操控系统相连，所述运动系统包括车体和导航控制系统，导航控制系统与车体连接，所述操控系统包括操作感知系统、操控机构和随动作业控制系统，操作感知系统与随动作业控制系统相连，随动作业控制系统与操控机构相连，操作感知系统安装于操控机构上。

优选的，所述导航控制系统包括导航传感器、避障传感器和导航控制器，导航传感器、避障传感器分别与导航控制器连接。

进一步，所述导航传感器包括单目相机、三维激光雷达和双目鱼眼相机，单目相机、三维激光雷达和双目鱼眼相机达安装于车体上；所述避障传感器包括双目结构光避障相机和超声波测距仪，双目结构光相机和超声波测距仪安装于车体上。

优选的，所述巡检系统包括巡检管理系统和巡检感知系统，巡检感知系统与巡检管理系统相连。

进一步，所述巡检感知系统包括红外热像仪、气体检测传感器、温湿度传感器、烟感传感器和定向性拾音传感器，所述红外热像仪、气体检测传感器、温湿度传感器、烟感传感器和定向性拾音传感器分别与巡检管理系统相连。

再进一步，所述红外热像仪选用红外热成像双目云台摄像机。

优选的，所述操作感知系统包括长基线双目结构光相机和机械臂定位双目结构光相机，所述操控机构为六自由度双机械臂。

进一步，所述六自由度双机械臂包括左机械臂和右机械臂，左机械臂末端设有左夹爪，右机械臂末端设有右夹爪；所述机械臂定位双目结构光相机包括左双目结构光相机和右双目结构光相机，左双目结构光相机设于左机械臂末端，右双目结构光相机设于右机械臂末端。

再进一步，所述车体上设有安装座，安装座上设有安装柱，安装柱上设有机身，左机械臂安装于机身左侧，右机械臂安装于机身右侧，长基线双目结构光相机安装于机身上。

优选的，所述随动作业控制系统包括双臂随动遥操作体感设备，双臂随动遥操作体感设备包括MR头显和数据手套。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过控制随动作业控制系统输出信号，使操控系统对机器人进行操控，实现对高风险区域进行全面巡检、对危险的关键设备进行远程操作。既具有人工巡检、操作的灵活性和智能性，同时也克服和弥补了人工巡检、操作存在的一些缺陷和不足，更适应海上升压站发展的实际需求，具有巨大的优越性、广阔的发展空间和应用前景。通过智能运维机器人对高风险区域进行自动巡检和操作，可避免人为失误，降低劳动强度和安全风险，有利于解决发电企业人、机、环、管四方面存在的不安全因素，提升现代信息技术与安全生产的融合度，提高安全生产决策科学化水平。

进一步，通过导航控制系统的多个相机和传感器，从而全方位的对周围环境进行监测。

进一步，通过巡检感知系统的多个传感器，从而有效完成各项数据的检测，实现远程检测。

进一步，随动作业控制系统通过在人员佩戴双臂随动遥操作体感设备，实现人机联动、交互协同完成操作任务，改善人对机器人远程操作的潜力。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图中，1-左机械臂，2-左双目结构光相机，3-右夹爪，4-右双目结构光相机，5-右机械臂，6-双目云台摄像机，7-机身，8-双目鱼眼相机，9-三维激光雷达，10-安装柱，11-单目相机，12-安装座，13-车体，14-超声波测距仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，为本发明所述的海上风电双臂遥操作智能运维机器人，包括运动系统、巡检系统和操控系统，巡检系统、操控系统设于运动系统上，巡检系统与操控系统相连。

运动系统包括车体13和导航控制系统，导航控制系统与车体13连接，控制车体13自主导航，导航控制系统包括导航传感器、避障传感器和导航控制器，导航传感器、避障传感器分别与导航控制器连接。

导航传感器包括单目相机11、三维激光雷达9和双目鱼眼相机8，单目相机11、三维激光雷达9和双目鱼眼相机8达安装于车体13上。避障传感器包括双目结构光避障相机和超声波测距仪14，双目结构光相机和超声波测距仪14安装于车体13上。

巡检系统包括巡检管理系统、巡检感知系统，巡检感知系统与巡检管理系统相连。巡检感知系统包括红外热像仪、气体检测传感器、温湿度传感器、烟感传感器和定向性拾音传感器，红外热像仪、气体检测传感器、温湿度传感器、烟感传感器、定向性拾音传感器分别与巡检管理系统相连。红外热像仪选用红外热成像双目云台摄像机6。

操控系统包括操作感知系统、操控机构、随动作业控制系统，操作感知系统与随动作业控制系统相连，随动作业控制系统与操控机构相连，操作感知系统安装于操控机构上。操作感知系统包括长基线双目结构光相机和机械臂定位双目结构光相机，操控机构为六自由度双机械臂。六自由度双机械臂包括左机械臂1和右机械臂5，左机械臂1末端设有左夹爪，右机械臂5末端设有右夹爪3，机械臂定位双目结构光相机包括左双目结构光相机2和右双目结构光相机4，左双目结构光相机2设于左机械臂1末端，右双目结构光相机4设于右机械臂5末端。车体13上设有安装座12，安装座12上设有安装柱10，安装柱10上设有机身7，左机械臂1安装于机身7左侧，右机械臂5安装于机身7右侧，长基线双目结构光相机安装于机身7上。红外热成像双目云台摄像机6设于机身7顶部。

随动作业控制系统包括双臂随动遥操作体感设备，双臂随动遥操作体感设备包括MR头显和数据手套。MR头显采用微软Hololens 2混合现实头显。

本发明导航控制器根据导航传感器、避障传感器采集的数据控制车体13行走。巡检感知系统采集巡检数据，红外热像仪检测电力设备的温度，气体检测传感器检测六氟化硫、硫化氢检测等气体，实现高压断路器、线缆绝缘皮烧损检测，温湿度传感器检测现场环境的温湿度，烟感传感器检测空气中烟雾的浓度，实现电站巡检火灾防范，定向性拾音传感器检测电力设备的声音，实现局放监测，巡检管理系统对巡检感知系统采集的数据进行分析判断，将分析结果发送至随动作业控制系统。

随动作业控制系统通过在陆上集控中心人员佩戴双臂随动遥操作体感设备，建立与运维机器人搭载的六自由度双机械臂、夹爪远程通信，实现人机联动、交互协同完成操作任务。人机交互使用沉浸式虚拟现实技术来将操作员运送到工作区，提供任务信息，并允许他直观地命令机器人，改善人对机器人远程操作的潜力。

随动作业控制系统根据操作感知系统采集的数据控制操控机构作业。安装在机械臂末端的左双目结构光相机2、右双目结构光相机4提供了待作业目标的近距离细节画面的“放大镜”视角，使得精细化操作成为可能。安装在机器人“头部”位置的红外热成像双目云台摄像机6提供了第一人称视角，并且MR头显能够实时捕捉用户头部姿态信息，进而控制云台旋转和俯仰角度，给用户提供更加逼真的体验。左双目结构光相机2、右双目结构光相机4和红外热成像双目云台摄像机6的画面实时回传到MR头显上，为用户提供多机位、无死角的操作观察视角，同时在MR头显上还会显示虚拟的机械臂和夹爪以及机器人实时状态参数，用户根据三个视角的显示画面，做出特定手势、移动手部的动作，实现机械臂的移动以及夹爪的开合，从而实现对海上升压站移动机器臂进行控制。

通过机器人搭载的高度集成化的六自由度双机械臂、夹爪、操作感知系统完成故障设备操作。由操作感知系统判定待操作故障设备位置与姿态坐标，从而发送给随动作业控制系统，随动作业控制系统根据位置姿态坐标进行运动规划，并且控制六自由度双机械臂运动至故障设备前方，夹爪根据执行任务从工具箱中自动更换对应的操作工装，完成倒闸、拧紧螺丝、打开箱体操作，如执行倒闸操作任务，由机械臂定位双目结构光相机判定倒闸孔的位置与姿态坐标，从而发送给随动作业控制系统，随动作业控制系统根据位置姿态坐标进行运动规划，并且控制机械臂运动至倒闸孔前方，末端工装执行打开旋钮孔并且进行摇进摇出的行为。

本发明对海上升压站继保室内主变保护柜、直流充电柜和UPS电源柜等装置柜的仪表、开关、压板，主变室的变压器本体油温、油位、呼吸器，变压器主体声音监测，开关柜室仪表、开关，应急配电室仪表等数据实时采集，实现对高风险区域进行全面巡检、对危险的关键设备进行远程操作。既具有人工巡检、操作的灵活性和智能性，同时也克服和弥补了人工巡检、操作存在的一些缺陷和不足，更适应海上升压站发展的实际需求，具有巨大的优越性、广阔的发展空间和应用前景。通过智能运维机器人对高风险区域进行自动巡检和操作，用户通过不同的手势和手部的移动就能够实现机械臂的移动以及夹爪的开合，可避免人为失误，降低劳动强度和安全风险，有利于解决发电企业人、机、环、管四方面存在的不安全因素，提升现代信息技术与安全生产的融合度，提高安全生产决策科学化水平。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。