(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211027753.2 (22)申请日 2022.08.25 (66)本国优先权数据 202210105971.7 202 2.01.28 CN (71)申请人 上海钦方机电科技发展 有限公司 地址 201401 上海市奉贤区大叶公路6758 号4幢150室 (72)发明人 孙财平　 (74)专利代理 机构 上海海贝律师事务所 313 01 专利代理师 朱震林 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 9/04(2006.01) B25J 5/00(2006.01) (54)发明名称 一种变电站室内多功能操作机 器人 (57)摘要 本发明涉及特种机器人技术领域， 具体地说 是一种变电站室内多功能操作机器人， 底座上设 置有激光雷达， 陀螺仪和核心控制器， 底座有避 坑传感器、 避障传感器和天线， 底座上有核心控 制板、 放电检测传感器、 安全触边传感器和支架， 支架的顶部有双目云台， 手臂座上有高精度六轴 机械臂， 上设置有操作工具和深度相机， 通过深 度相机通过二维码信息利用深度图矫正方法精 确分析及计算末端工作与 操作目标的位置关系， 支架上设置有操作座， 操作座通过转动轴 与五轴 联动地刀操作机构连接， 本发明同现有技术相 比， 通过独特的结构和部件设计， 可进入变电站 实现开关柜各种倒闸操作任务， 可以通过几何方 式来识别姿态， 满足在室内场景下鲁棒性好， 精 确度高的要求。 权利要求书3页 说明书7页 附图5页 CN 115256398 A 2022.11.01 CN 115256398 A 1.一种变电站室内多功能操作机器人， 其特征在于， 包括底座， 行走轮， 支架， 转动轴， 激光雷达(1)， 陀螺仪(2)， 电机编码器(3)， 避障传感器(4)， 高精度避坑传感器(5)， 天线 (6)， 双目云台(7)， 电池 管理系统(8)， 核心控制器(9)， 核心控制板(10)， 高精度六轴机械臂 (11)， 操作工具(12)， 深度相机(13)， 三色灯(14)， 放电检测传感器(15)， 安全触边传感器 (16)和地刀操作机构(17)， 所述底座下四角安装有 四个行走轮， 所述底座上表面的前端分 别设置有激光雷达(1)， 陀螺仪(2)和核心控制器(9)， 所述底 座下表面的前端设置有高精度 避坑传感器(5)， 所述底 座上表面的前端和后端分别设置有避障传感器(4)和天线(6)， 所述 底座上表面中部 设置有核心控制板(10)， 所述核心控制板(10)的一侧设置有放电检测传感 器(15)， 所述底座前后端支架上设置有安全触边传感器(16)， 所述底 座后端设置有支架， 所 述支架的外侧设置有三色灯(14)， 所述三色灯(14)下方支架上设置有紧急停止按钮(18)， 所述支架的顶部 设置有双目云台(7)， 所述支架的中部平台上设置有操作座， 所述操作座上 安装有高精度六轴机械臂(11)， 所述高精度六轴机械臂(11)上设置有操作工具(12)和深度 相机(13)， 所述操作座通过转动轴与地刀操作机构(17)连接， 所述转动轴底部设置有另一 部深度相机(13)， 所述核心控制器(9)与核心控制板(10)信息交互， 所述核心控制器(9)通 过天线(6)与后台信息交 互。 2.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人， 其特征在于， 所述避障传 感器(4)为大角度超声 波避障传感器。 3.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人， 其特征在于， 所述电池管 理系统(8)设置在底座下 方的电池盒里。 4.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人， 其特征在于， 所述放电检 测传感器(15)为特高频局部放电检测传感器。 5.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人， 其特征在于， 所述双目云 台(7)配置有高清晰可 见光相机和高精度的红外热像仪 。 6.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人， 其特征在于， 所述操作工 具(12)为四套。 7.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人， 其特征在于， 所述地刀操 作机构(17)为五轴联动地刀操作机构。 8.根据权利要求1所述的一种变电站室内多功能操作机器人， 其特征在于， 所述电机编 码器(3)设置在行 走轮内部 。 9.一种根据权利要求1所述变电站室内多功能操作机器人的工具姿态深度图矫正方 法， 其特征在于， 通过所述深度相机(13)通过二维码信息精确分析及计算末端工作与操作 目标的位置关系， 具体步骤为： S1： 采集深度图， 将 深度图转 化为点云； S2： 使用布料模拟滤波算法， 确定柜面平面区域与柜面上物体的区域； S3： 使用遍历平移的方式， 计算出三个点周围点距离的平均值， 从而确定三个柜面上的 点位； 所述三个点为深度相机(13)扫描二维码信息后获取的A、 B、 C三 点； S4： 根据点 位和距离的几何关系计算出当前相机和工具端的姿态； 所述S1的具体方法为： 定义柜面的深度为坐标轴的z轴的正方向， 面对柜面的右边为x 轴的正方向， 面对柜面的上方为y轴的正方向， 在此坐标系下， 以深度图的左下角点对应的权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115256398 A 2实际柜面上的点作为 坐标原点， 根据深度图上每 个像素的值， 创建这个柜面的点云； 所述S2的具体方法为： 假设柜面是平放在地面上的， 使用数学方法模拟一张布料从上 而下的落到这个柜面上， 即可获得哪些部 分是孔洞， 哪些部分是凸起的物体， 以此找到柜面 的主体平面； 所述S3的具体方法为： 使用遍历的方式， 计算出所述A、 B、 C三个点周围点距离的平均 值， 从而确定三个柜面上的点位， 从所述S2当中的计算， 获取深度图中的哪些像素点是柜子 上的平面的点， 哪些点是柜子上开关、 孔洞的点， 确定三个属于柜面的点A、 B、 C用于计算相 机和工具姿态， 点A是由左上角往右下角遍历的点， 对于点Aij， 所述ij 是在深度图的横纵坐 标， 其B(i +m),j与Ci,(j+m)若都属于柜面点， 则取这三个点， 若不是， A移动到下一个点继续 计算， 若都没有， 改变m值继续计算； 所述S4的具体方法为： 在 所述S3中获得了一组A、 B和C点， 由于A与B纵坐标相同， 横坐标 不同， 将其用于计算相机的俯仰角度， 其计算公式如下： 其中disB为点B的深度值， disA为A的深度信息， m为所述S3中设置的m值， s为每个像素 点在柜面上 的实际距离， 由于机器人导航时会停留在固定的位置， 所以这个值测定后是不 变的， 计算出这个俯仰角度， 用A与C点即可测量出偏航的角度值。 10.根据权利要求9所述的一种变电站室内多功能操作机器人， 其特征在于， 所述S2包 括以下步骤： S21： 建立方程： 所述X代表布料中的粒子在t时刻的位置， Fext(X,t)代表外部驱动因素(重力， 碰撞)， Fint(X,t)代表内部驱动因素(粒子间的内部联 系)， 布料 粒子的位置受到F ext(X,t)与Fi nt(X,t)两方面因素的影响； 所述外部因素， 若只考虑外部因素， 则布料粒子在t+Δt时刻可以推导计算为： 所述m为粒子的重量， 设置为1， G为万有引力常数， 需要设置时间Δt的步长即可得到下 一时刻粒子因外 部因素而到 达的位置； 关于内部因素， 为了模拟粒子之间的关系， 任意选取两个相邻的粒子， 如果两个粒子都 是可移动的， 则令二者往相反的方向移动同样的距离； 如果一个是不可移动的， 则移动另一 个； 如果两者具有相同的高度， 则不进行移动， 根据这个模拟准则， 定义公式： 其中 为当前粒子需要移动的距离， 当粒子可移动时， b等于1， 不可移动时b等于0； pi为 p0的相邻粒子， n是把 点进行标准化到垂直方向上的单位向量(0， 0， 1)T； S22： 将所述S1当中的点云反转， 由于是深度图生成的点云， 其含有固定的点数， 设置一 个长宽规格与该点云相同的 “布料”， 在点云上方约一定距离处下落， 先仅考虑所述 公式(1) 中的外部因素， 计算出当前迭代次数下布料每个点的位置， 判断每个点是否落到平面上， 是权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115256398 A 3