一种自动存取智能工具箱及进行安全措施布放的方法

摘要

本发明涉及一种自动存取智能工具箱及进行安全措施布放的方法，包括箱体，箱体顶部开设有取物口，取物口旁的箱体顶部设有回收平台，回收平台上安装重力传感器，箱体内安装若干排置物架，箱体底部安装滑轨及运输车，运输车能在滑轨上滑动，运输车上安装机械手系统，且运输车的车轮处安装角位移传感器；箱体内还设有工具状态检测模块、通信模块、主控制模块；工具检测模块用于检测置物架上的工具存放状态；主控制模块分别与工具检测模块、机械手系统电路连接，并通过通信模块与上位机电连接，主控制模块通过接收上位机的信号，从而控制机械手系统进行工具的取出或对工具进行归位。本发明能防触电，使用便捷。

说明书

技术领域

本发明设计变电运维设备及方法技术领域，特别涉及一种自动存取工具箱及进行安全措施布放的方法。

背景技术

变电运维领域主要工作内容为操作电力设备停电、送电，以及在施工场地带电设备之间布置安全隔离措施。在工作中都会用到大量工具，翻找起来费时费力，并且使用工具时还存在因误碰带电设备而触电的风险。

在现有产品中，比如张黎明的“急修工具箱”、刘华的“一种电力抢修箱”、高洪友的“一种智能工具箱及控制方法”，仅解决了工具存放的问题，对上述查找困难以及有触电风险等问题没能很好地解决。

因此，基于这些问题，提供一种具有使用便捷、防触电等技术特点的自动存取智能工具箱及进行安全措施布放的方法，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有使用便捷、防触电等技术特点的自动存取智能工具箱及进行安全措施布放的方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种自动存取智能工具箱，包括箱体，所述箱体顶部开设有取物口，所述取物口旁的箱体顶部设有回收平台，回收平台上安装重力传感器，所述箱体内安装若干排置物架，所述箱体底部安装滑轨及运输车，所述运输车能在所述滑轨上滑动，所述运输车上安装机械手系统，且运输车的车轮处安装角位移传感器；

所述箱体内还设有工具状态检测模块、通信模块、主控制模块；所述工具检测模块用于检测置物架上的工具存放状态；所述主控制模块分别与工具检测模块、机械手系统电路连接，并通过通信模块与上位机电连接，所述主控制模块通过接收上位机的信号，从而控制机械手系统进行工具的取出或对工具进行归位，并且，当工具取出时，机械手系统拿取置物架上的工具并通过取物口将工具递出，当工具归位时，工具被放置到回收平台，机械手系统将工具由回收平台放置到置物架上；

所述上位机内存储有置物架上的工具的坐标位置，并通过工具检测模块获取工具的存储状态。

进一步的，所述机械手系统包括末端执行器、关节型手臂、自锁式伸缩结构，所述末端执行器能对工具进行夹持，所述关节型手臂能在空间实现角度变换，所述自锁式伸缩结构能实现高度升高或降低；所述自锁式伸缩结构安装在所述运输车上，所述自锁式伸缩结构的伸缩末端与所述关节型手臂固定连接，所述关节型手臂末端与末端执行器固定连接。

进一步的，所述末端执行器包括一对夹持爪、支撑板、第一驱动电机，所述支撑板上安装有双向丝杠，所述双向丝杠通过第一驱动电机驱动转动，安装一对所述夹持爪安装在所述双向丝杠的两端，通过双向丝杠的转动实现一对所述夹持爪的合拢或分开，且一对所述夹持爪相对的面上安装有第一位置传感器。

进一步的，所述自锁式伸缩结构包括支撑架，所述支撑架竖直安装在运输车上，所述支撑架在宽度方向上平行安装两片限位板；

还包括第一伸缩节、第二伸缩节，所述第一伸缩节、第二伸缩节通过滑轨被限位安装在两片限位板之间，且其一端被所述运输车限位，第一伸缩节、第二伸缩节相较于所述支撑架依次平行安装，所述第一伸缩节、第二伸缩节面对所述支撑架的一侧均安装齿轮带，所述第一伸缩节底侧面向第二伸缩节的一侧设有卡槽，所述第二伸缩节顶端面向第一伸缩节的一侧安装有滑动限位机构；

所述支撑架上安装驱动机构，所述驱动机构能驱动所述第一伸缩节向上运动，当所述第一伸缩节运动到所述滑动限位机构卡入所述卡槽后，所述驱动机构与所述第二伸缩节上的齿轮带接触，从而驱动所述第二伸缩节向上运动。

进一步的，所述滑动限位机构包括滚轮及安装槽，所述安装槽底部通过弹簧固定在所述第二伸缩节上，所述滚轮转动安装在所述安装槽内，所述第一伸缩节运动时，所述滚轮相较于所述第一伸缩节底面转动。

进一步的，所述驱动机构包括第一气缸及第三驱动电机，所述第一气缸固定安装在所述支撑架上，所述第三驱动电机固定安装所述第一气缸的伸缩端，所述第三驱动电机的输出端固定连接齿轮，所述齿轮能与所述第一伸缩节、第二伸缩节上的齿轮带啮合。

进一步的，所述置物架包括固定置物架、旋转置物架，所述固定置物架、旋转置物架上均安装若干工具支架，所述工具支架能夹持固定工具；所述固定置物架与旋转置物架之间通过旋转轴连接，所述旋转轴通过第二驱动电机驱动转动，并带动所述旋转置物架旋转180°至所述固定置物架的下方。

进一步的，所述工具检测模块包括若干个第二位置传感器，且所述第二位置传感器分别安装在工具支架上。

进一步的，所述支撑板一侧安装有摄像头，所述摄像头与主控制模块电路连接。

进一步的，所述末端执行器上还安装有第二气缸，所述第二气缸的伸缩端固定连接顶杆，所述顶杆能将滚轮顶出卡槽，便于自锁式伸缩结构向下收回。

利用上述的一种自动存取智能工具箱进行安全措施布放的方法，所述安全措施布放的方法包括以下步骤：

S1、通过工作票中的施工现场获取相关三维模型及位置信息，并获取施工现场周边设备的实时带电状态；

S2、依据规定的安全距离，结合施工现场周边带电设备的位置，规划施工范围；并确定安全措施用具种类及数量；

S3、以倒闸操作票操作结束时运维人员的位置为起点，结合施工范围，为安全措施用具排序，并生成安全措施票；

S4、运维人员携带工具箱到指定位置，通过通信模块将运维人员的位置信息上传到云平台；

S5、云平台结合安全措施票中设备位置和运维人员实际位置比对，一致则向工具箱下发取出工具的命令，进入机械手系统提供工具程序，否则下发告警信号；

S6、判断安全措施是否布放完毕，如未结束则重复第S4-S5步骤；

S7、施工结束后，运维人员携带工具箱到指定位置，通过通信模块将运维人员位置信息上传到云平台；

S8、云平台结合安全措施票中设备位置和运维人员实际位置比对，一致则向工具箱下发收回工具的命令，进入机械手系统收回工具程序，否则下发告警信号；

S9、判断工具是否回收完毕，如未结束则重复S7-S8步骤。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明很好地解决了工具翻找不便的问题，从功能上做到了延伸，打破了原有技术仅满足于存储功能的局限性，实现了工具的自动存取；本发明充分考虑用户体验的舒适度，使工具箱从一个单一的储物空间，升级成为用户的贴身工具管家,使得用户不会再为寻找和存放工具费脑筋，随用随取；

2、本发明结合物联网技术，可以对运维人员的工作内容和潜在的风险作出分析判断，一旦发现危险征兆可以及时制止，在很大程度上保证了运维人员的生产安全。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明实施例提供的自动存取智能工具箱的结构剖面图；

图2为本发明实施例提供的自动存取智能工具箱的机械手系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的自动存取智能工具箱的末端执行器的结构主视图；

图4为本发明实施例提供的自动存取智能工具箱的末端执行器的结构俯视图；

图5为本发明实施例提供的自动存取智能工具箱的置物架的结构示意图；

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面就结合图1-5来具体说明本发明。

实施例1

如图1-5所示，本实施例提供的一种自动存取智能工具箱，包括箱体1，所述箱体1顶部开设有取物口101，所述取物口101旁的箱体顶部设有回收平台2，回收平台上可以安装重力传感器201，所述箱体1内安装若干排置物架3，所述箱体1底部安装滑轨4及运输车5，所述运输车5能在所述滑轨4上滑动，所述运输车5上安装机械手系统，且运输车的车轮处安装角位移传感器；

所述箱体1内还设有工具状态检测模块6、通信模块7、主控制模块8；所述工具检测模块用于检测置物架上的工具存放状态；所述主控制模块分别与工具检测模块、机械手系统、重力传感器201、角位移传感器电路连接，并通过通信模块与上位机9电连接，所述主控制模块通过接收上位机的信号，从而控制运输车移动，并通过角位移传感器501反馈运输车的移动距离，机械手系统进行工具的取出或对工具进行归位，并且，当工具取出时，机械手系统拿取置物架上的工具并通过取物口将工具递出，当工具归位时，工具被放置到回收平台，机械手系统将工具由回收平台放置到置物架上；

所述上位机内存储有置物架上的工具的坐标位置，并通过工具检测模块获取工具的存储状态。

所述机械手系统包括末端执行器10、关节型手臂11、自锁式伸缩结构12，所述末端执行器能对工具进行夹持，所述关节型手臂能在空间实现角度变换，所述自锁式伸缩结构能实现高度升高或降低；所述自锁式伸缩结构安装在所述运输车上，所述自锁式伸缩结构的伸缩末端与所述关节型手臂固定连接，所述关节型手臂末端与末端执行器固定连接。

具体的，所述末端执行器10包括一对夹持爪1001、支撑板1002、第一驱动电机1003，所述支撑板上安装有双向丝杠1004，所述双向丝杠通过第一驱动电机1003驱动转动，安装一对所述夹持爪1001安装在所述双向丝杠的两端，通过双向丝杠的转动实现一对所述夹持爪的合拢或分开，且一对所述夹持爪相对的面上安装有第一位置传感器1006；如图3所示，第一驱动电机1003经螺旋轴1010、连接齿轮1011传动，进而驱动双向丝杠运动来控制一对所述夹持爪导向槽1012中进行开合运动，需要说明的是，第一位置传感器1006、第一驱动电机1003均与主控制模块8电路连接。

所述自锁式伸缩结构包括支撑架1201，所述支撑架1201竖直安装在运输车5上，所述支撑架1201在宽度方向上平行安装两片限位板1202；

还包括第一伸缩节1203、第二伸缩节1204，所述第一伸缩节、第二伸缩节通过滑轨被限位安装在两片限位板之间，且其一端被所述运输车限位，第一伸缩节、第二伸缩节相较于所述支撑架依次平行安装，所述第一伸缩节、第二伸缩节面对所述支撑架的一侧均安装齿轮带1205，所述第一伸缩节底侧面向第二伸缩节的一侧设有卡槽1206，所述第二伸缩节顶端面向第一伸缩节的一侧安装有滑动限位机构；

所述支撑架上安装驱动机构，所述驱动机构能驱动所述第一伸缩节向上运动，当所述第一伸缩节运动到所述滑动限位机构卡入所述卡槽后，所述驱动机构与所述第二伸缩节上的齿轮带接触，从而驱动所述第二伸缩节向上运动。

所述滑动限位机构包括滚轮1207及安装槽1208，所述安装槽1208底部通过弹簧1209固定在所述第二伸缩节上，所述滚轮1207转动安装在所述安装槽内，所述第一伸缩节运动时，所述滚轮相较于所述第一伸缩节底面转动。

所述驱动机构包括第一气缸1210及第三驱动电机1211，所述第一气缸固定安装在所述支撑架上，所述第三驱动电机固定安装所述第一气缸的伸缩端，所述第三驱动电机的输出端固定连接齿轮，所述齿轮能与所述第一伸缩节、第二伸缩节上的齿轮带啮合，需要说明的是，括第一气缸1210及第三驱动电机1211均与主控制模块8电路连接。

需要说明的是，所述卡槽在所述第一伸缩节的宽度方向上为贯通结构，这样便于将滑动限位机构由卡槽内顶出。

并且，所述第一伸缩节顶端固定安装有角钢1212，通过角钢可固定连接关节型手臂11；自锁式伸缩结构向上伸长过程：第三驱动电机输出驱动力，通过齿轮与第一伸缩节的齿轮带啮合，第三驱动电机驱动第一伸缩节向上移动，当第一伸缩节的卡槽移至第二伸缩节的滑动限位机构时，滚轮及安装槽弹出卡在第二伸缩节的卡槽内，然后通过控制第一气缸伸长，使得第三驱动电机带动齿轮与第二伸缩节表面的齿轮带啮合，通过第三驱动电机带动第二伸缩节继续向上伸展；当需要将第一伸缩节和第二伸缩节收回时，第三驱动电机及齿轮输出驱动力，通过齿轮与第二伸缩节的齿轮带啮合，第三驱动电机驱动第二伸缩节向下移动，待第二伸缩节接触到运输车表面后，第三驱动电机停止驱动,通过控制第一气缸缩短，使得第三驱动电机带动齿轮与第二伸缩节表面的齿轮带脱离，并为第一伸缩节下落留出空隙，再通过主控制模块控制关节型手臂11转动，使得第二气缸的伸缩端连接的顶杆1009将第二伸缩节的滑动限位机构从第一伸缩节的卡槽内顶出，第一伸缩节在重力下也收回，为了使得第一伸缩节和第二伸缩节在收回的过程中进入到两片限位板之间，将两片所述限位板在远离所述运输车的一端形成扩口结构，这样便于第一伸缩节和第二伸缩节的进入。

所述置物架3包括固定置物架301、旋转置物架302，所述固定置物架、旋转置物架上均安装若干工具支架303，所述工具支架能夹持固定工具；所述固定置物架与旋转置物架之间通过旋转轴304连接，所述旋转轴通过第二驱动电机305驱动转动，并带动所述旋转置物架旋转180°至所述固定置物架的下方，需要说明的是，第二驱动电机305与主控制模块电连接。

所述工具检测模块包括若干个第二位置传感器306，第二位置传感器306与主控制模块电路连接，且所述第二位置传感器分别安装在工具支架上，需要说明的是，由于旋转置物架在旋转后其上面的工具支架为倒立状态，以防工具掉落，可以将工具支架设计为弹性开口结构，使得工具支架能夹住工具，谨防掉落。

所述支撑板1002一侧安装有摄像头1007，所述摄像头与主控制模块电路连接，用于对工具拍照并通过通信模块将信号传输给主控制模块。

所述末端执行器上还安装有第二气缸1008，所述第二气缸1008的伸缩端固定连接顶杆1009，所述顶杆能将滚轮顶出卡槽，便于自锁式伸缩结构向下收回，需要说明的是，第二气缸1008与主控制模块电路连接。

需要说明的是，所述关节型手臂可以采用5自由度机械手臂，5自由度机械手臂为现有产品，属于本领域技术人员所熟知的。

所述箱体1内还设有工具状态检测模块6、通信模块7、主控制模块8；所述工具检测模块用于检测置物架上的工具存放状态；所述主控制模块分别与工具检测模块、机械手系统电路连接，并通过通信模块与上位机9电连接，所述主控制模块通过接收上位机的信号，从而控制机械手系统进行工具的取出或对工具进行归位。

作为举例，在本实施例中，当需要提供工具时：上位机接收到需要提供工具的指令，上位机通过通信模块将信号传送给主控制模块，主控制模块控制第二驱动电机305转动，并带动旋转置物架旋转180°至固定置物架的下方；上位机内存储有置物架上的工具的坐标位置，并将待取用工具的坐标位置传送给主控制模块，主控制模块控制运输车移至待取工具在箱底的投影位置；主控制模块控制第一气缸1210及第三驱动电机1211工作，将自锁式伸缩结构上升至待取工具水平线附近；主控制模块控制关节型手臂及第一驱动电机1003工作，使得末端执行器10夹持住工具，由于一对夹持爪相对的面上安装有第一位置传感器1006，由此可将该信号传输给主控制模块，主控制模块再控制运输车移至取物口在箱底的投影位置，然后控制自锁式伸缩结构上升、关节型手臂转动，使得工具被送出取物口；工具被取走后，主控制模块控制关节型手臂转动，使得末端执行器10旋至伸缩节锁定滚轮处，伸出顶杆将锁定滚轮顶出卡槽，自锁式伸缩结构收回；当需要收回工具时：工具放置到回收平台上，重力传感器将信号传输给主控制模块，主控制模块控制第二驱动电机305转动，并带动旋转置物架旋转180°至固定置物架的下方；主控制模块控制运输车移至取物口在箱底的投影位置，然后控制自锁式伸缩结构上升、关节型手臂转动，使得末端执行器10夹取工具，末端执行器10上的摄像头给工具拍照，并将信号传送给主控制模块，主控制模块将信息上传给上位机，上位机分析该工具的位置，并通过主控制模块控制自锁式伸缩结构收回，并控制关节型手臂转动将工具放回置物架，然后通过主控制模块控制旋转置物架旋转180°至固定置物架齐平。

需要说明的是，为了实现该工具箱对工具的拿取或者回收作用，主控制模块需要与工具状态检测模块6、通信模块7、末端执行器10、关节型手臂11、自锁式伸缩结构12、重力传感器201、角位移传感器进行电路连接，具体的电路连接方法为现有技术，在此不再赘述。

实施例2

利用实施例1的一种自动存取智能工具箱进行安全措施布放的方法，包括云平台、数据库服务器和应用服务器；所述数据库服务器和应用服务器均连接到云服务平台；所述云服务平台与三维数据移交平台、SCADA系统等数据库服务器进行数据交互；所述云服务平台通过通讯模块与主控制模块连接；所述应用服务器上设置有安全措施票模块、工具入库管理模块、工具出库管理模块；

所述安全措施布放的方法包括以下步骤：

S1、运维人员使用PMS系统填写工作票，上传至云平台；

S2、安全措施票模块通过云平台连接三维数据移交平台，结合工作票中的施工现场获取相关三维模型及位置信息；安全措施票模块通过云平台连接SCADA，获取施工现场周边设备的实时带电状态；

S2、安全措施票模块依据规定的安全距离，结合施工现场周边带电设备的位置，规划施工范围；并确定安全措施用具种类及数量；

S3、安全措施票模块以倒闸操作票操作结束时运维人员的位置为起点，结合施工范围，为安全措施用具排序，并生成安全措施票；

S4、运维人员携带工具箱到指定位置，通过通信模块将运维人员的位置信息上传到云平台；

S5、云平台结合安全措施票中设备位置和运维人员实际位置比对，一致则工具出库管理模块通过云平台向工具箱下发取出工具的命令，使得机械手系统提供工具，否则下发告警信号；

S6、判断安全措施是否布放完毕，如未结束则重复第S4-S5步骤；

S7、施工结束后，运维人员携带工具箱到指定位置，通过通信模块将运维人员位置信息上传到云平台；

S8、云平台结合安全措施票中设备位置和运维人员实际位置比对，一致则工具入库管理模块通过云平台向工具箱下发收回工具的命令，进入机械手系统收回工具程序，否则下发告警信号；

S9、判断工具是否回收完毕，如未结束则重复S7-S8步骤。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。