标的名称 | 一种带电作业机器人专用组装式引线支架 | 项目编号 | JS2021TJ1000080 | ||||||||||||||
挂牌开始时间 | 2021-10-15 | 挂牌截止时间 | 2022-11-04 | ||||||||||||||
行业类别 | 制造业-电气机械和器材制造业-输配电及控制设备制造 | ||||||||||||||||
应用领域 | 先进制造与自动化 | ||||||||||||||||
获资助情况 | 其他(无) | ||||||||||||||||
是否为成果组合 | 否 | 成果数量 | 1 | ||||||||||||||
专利技术 |
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所处阶段 | 通过小试 | ||||||||||||||||
技术简介 |
项目简介:10kV带电作业根据作业方式分为4大类33项,作业项目存在劳动强度大、安全风险高、工作环境恶劣、对气象环境的依赖程度较高的问题。为了提高带电作业自动化水平和安全性,减轻操作人员劳动强度和强电磁场对操作人员的人身威胁,项目组已开发了作业方式为单臂人机协同、单臂辅助自主、双臂全自主、双臂人机协同的多种配网带电作业机器人。其中,单臂人机协同作业机器人设计完成大多数普通消缺及拆装附件、带电辅助加装或拆除绝缘遮蔽、带电更换避雷器、带电更换熔断器、带电更换直线杆绝缘子项目;单臂辅助自主机器人设计完成具有小持重、小空间特点、在作业准备阶段人工辅助可实现自主化作业的项目;双臂全自主机器人设计完成断、接引流线作业项目;双臂人机协同机器人主要设计完成更换绝缘子、更换横担等大持重项目。双臂人机协同机器人目前处于实验室研发测试阶段,未在实际线路使用;双臂自主机器人已在实际线路完成多次断、接引流线作业项目;单臂人机协同机器人已在实际线路完成多种作业项目,如断/接引流线、加装接地环、加装故障指示器等;单臂辅助自主机器人已在实际线路完成断、接引流线作业项目。但是,上述在实际线路完成的接引流线作业项目线路类型限于平行顺线路、平行横线路、三角顺线路、三角横线路,未能实现在双回垂直线路情况下的接引流线作业。分析上述四种类型作业机器人,发现双臂全自主机器人在双回垂直线路空间有限条件下,完成双回垂直线路下接引流线作业存在一定困难,双臂人机协同机器人可在人工参与下完成双回垂直线路下接引流线作业;研究单臂人机协同作业方式,基于对双斗体积与人员作业安全的考虑,实现双回垂直线路下接引流线作业,存在对线路要求高、安全风险高的问题。通过研发一种带电作业机器人专用组装式引线支架,实现配网带电作业单臂机器人在双回线路中替代人工进行带电作业。由绝缘斗臂车作为移动平台将机器人本体以及绝缘辅助杆运送到配网带电作业点,人工安装易拆装辅助梁,通过对激光雷达导航控制策略以及作业机械臂控制算法的研究,保证机器人的狭小空间适应性以及精准获取作业对象位置,完成接引流线作业。(1)研究基于智能辅助平台的机器人自主作业方法,确定机器人用末端工具与作业流程;根据调试与后续现场应用情况,优化基于智能辅助平台的自主作业方法,实现机器人快速、智能、便捷的垂直双回线路自主作业功能。(2)研究配网带电作业机器人智能辅助平台,以轻型化、作业智能化为辅助平台设计目标,开发便于人工携带、安装和协助机器人实现作业高度自主化的智能辅助平台,为机器人在垂直双回线路下搭火作业实用化甚至产业化打下坚实的基础;(3)研究基于智能辅助平台的配套装备,设计适合机器人作业的绝缘支棒,配合单臂机器人实现自主完成双回线路作业;通过对感知和控制系统的升级开发,保证机器人全自主作业,减少作业人员安全风险,降低操作难度。项目核心创新点:创新点1:提出一种基于辅助平台的垂直双回线路搭火方法,基于双臂机器人处理引线的方式容易引起机械臂保护,该项目通过革新引线处理策略,机械臂夹取引线末端进行平移固定操作,机器人本体夹具夹持引线进行引线提升操作,有效避免了机械臂保护甚至故障的产生,实现了机器人双回垂直线路搭火作业。创新点2:设计了一种适用于机器人作业的横担快接装置,主要由横担、绑带、快拆装置、引线固定件和识别物五部分组成,结构如图3.16所示。作业前人工爬杆将整套装置安装在电线杆上,并将3路引线放在引线固定件上;作业完成后由机械臂携带工具抓住快拆装置将这个平台取下。创新点3:设计了一种适用于机器人作业的快接装置,主要由固定端、移动端、机器人抓取端和开关四部分组成,结构如图3.17所示。作业前将装置移动端固定在引线中段,作业过程中由机器人工具抓住快接装置抓取段,携带引线找到固定端,完成引线中段的固定。项目详细用途:本项目结合人工双回带电作业流程与机器人单回接线作业流程,综合斗臂车站位、机器人结构及绝缘杆功能,进行初步作业流程设计,通过软件模拟、室内线路测试、室外线路测试等方式,进行作业流程优化与升级,最终完成双回垂直线路机器人接引流线作业流程开发。(1)作业流程研究机器人绝缘支架+杆上易拆装辅助梁作业法作业流程如图1所示:)智能感知研究作业过程中,机器人需能对已经架好的引流线端部、行线接线点进行感知,也能对专用绝缘支棒和杆上易拆装辅助梁进行精准定位,以实现机器人自主接线与拆下辅助梁的动作。a)基于激光雷达点云的引流线与行线识别定位拟采用基于区域生长策略的点云分割方法,将引线和行线点云从环境背景中分离出来。区域生长策略的基本思想是,选取若干种子点作为起始区域,通过将相似属性的相邻点合并到起始区域实现区域生长,直到区域无法加入新的点时结束生长,并开始新一轮迭代。拟根据引线的物理特性,对传统区域生长做以下方面的优化。b)基于特征的绝缘支棒及杆上易拆装辅助梁识别定位对三维激光点云提取NARF特征点,如图3.4所示。从中可以分析这些特征点的共性关系,进一步与基于区域生长法得到的点云分割结果进行融合,提升特征目标识别的准确性和可靠性。同时,通过添加满足安规要求的特征标识,如直径>10cm的圆球或圆盘,在关键目标处增加反光条等措施,可进一步提高识别的稳定性和准确率。c)引线空间描述与表示因为作业环境为双回垂直线路,作业空间狭小,需严格避免机器人本体与引流线等障碍物意外接触,需对机器人本体周围的引线空间进行充分描述,以在作业过程中规避可能的障碍物。本项目拟用以下两种方法对引线进行表达:1)体素法:通过3D体素栅格进行空间描述,体素栅格中的点云直接表示局部引线。2)B-样条法:采用B-样条插值的方法拟合曲线,从引线点云中筛选出稳定3D点作为控制点,利用B-样条递归产生光滑的曲线,作为引线的空间表达。(3)智能规划在机械臂带电作业的运动过程中,末端执行器的路径点所对应的机械臂位姿可能会发生机械臂与外部环境,机械臂与另一个机械臂或自身之间互相干涉的情况,因此需要对机械臂的位姿进行碰撞检测以预防潜在的事故。在实际应用中,工业机器人本体和操作环境具有结构复杂、外形多样的特点,利用标准几何体包络无法精确描述,而简化的描述方法会减少机器人的可行性运动轨迹,影响机器人的操作灵活性;其次,由于几何体间可能存在的复杂空间关系,只能进行简单的碰撞检测,难以建立机器人本体与环境障碍的最短距离模型,从而无法预测到潜在碰撞危险,因此在高速运动条件下无法保证机器人的操作安全;并且,采用有限元划分或点云描述的方法,虽然可以预估机器人与空间障碍体的最小距离,但其精度与效率往往不能同时保证。为了能够克服以上缺陷,针对机器人与其操作环境间的最小距离预估提出一种精确且高效的建模方法,能够为机器人避障运动规划提供一定的理论支撑。预期效益说明:该项目属于技术创新项目,目前市场无公开的同类可比成果可以应用,应进行自主研发。项目研究成果将在天津滨海地区率先试点应用,待条件成熟后在天津其他区县进一步推广,并向总部申报安规和技术规范立项,从而奠定在全国范围内推广应用基础,经济效益显著。 |
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商业前景 | |||||||||||||||||
拟转让/许可方式 | 技术许可 | 拟交易底价 | 面议 |
转让/许可方类型 | 企业 | 认证名称 | 国网天津市电力公司滨海供电分公司 |
注册地址 | 天津市滨海新区塘沽营口道394号 | 注册资本 | 0 |
转让/许可范围 | 仅国内 | ||
受让方资格条件 | 无 | ||
保证金要求 | 无需交保证金 |