0引言
随着计算机网络和科技的迅速发展，管理自动化取得较大进步，出现了管理信息系统、办公自动化、决策支持系统。与此同时，人类开始综合利用传感技术、通信技术、计算机、系统控制和人工智能等新技术和新方法来解决所面临的工厂自动化、办公自动化、医疗自动化、农业自动化以及各种复杂的社会经济问题，研制出柔性制造系统、决策支持系统、智能机器人和专家系统等高级自动化系统。目前，一些医学、化学和生物检测实验室开展了自动化样品检测研究，其自动化流水线系统已得到了较为成熟的应用，提升了检测效率，改善了实验室工作环境。1实验室绝缘油检测现状
传统的实验室绝缘油检测绝大部分使用人工操作方式进行，检测结果的准确性与检测人员的操作水平相关。检测环境、样油暴露在空气中的持续时间等外部因素，也是影响其检测结果的因素。同时，当检测样品数量较多时，人的工作时间长、工作强度大，对其检测效率和准确度也有较大影响。检测通量的上升以及对准确性要求的提高对绝缘油检测提出了更高要求。
近年来，自动化技术、传感器技术、计算机技术以及通信技术取得了长足进步。自动化技术能够实现检测流程的自动化控制，减少人工干预；高精度传感器可对绝缘油关键参量进行精确测量；计算机强大的数据处理能力可以对检测数据进行快速分析、存储和管理；通信技术则便于检测数据的远程传输与共享。这些技术的发展为绝缘油关键参量自动检测平台的研发提供了坚实的技术支撑，使得构建智能化、自动化的检测平台成为可能[2]。
2绝缘油自动化检测流程设计与实现
针对绝缘油检测实验室的实际需求，本文研究了信息数字化的关键技术，旨在构建一个智能化自动化的实验室绝缘油自动化检测平台。通过引入物联网技术、设计自动化工作流程等手段，实现实验室管理的全面升级。
绝缘油自动化检测流程设计旨在实现从登记到报告编制的全流程智能化管理。通过充分利用信息技术和自动化手段，大幅度提高实验室的工作效率和管理水平。工作流程的核心包括登记、送样、进样、检测实施、样品回收、数据传输、报告编制等环节。在登记阶段，系统通过扫码获取样品标签信息，进行样品登记[3]，进入样品库，中台通过智能算法，生成检测流程，控制复合机器人前来取样。通过复合机器人和协作机械臂的配合完成进样和样品回收的操作。中控系统控制实验仪器完成检测，并采集数据，自动生成报告。
中控调度系统相当于实验室绝缘油自动化检测平台的大脑，用于实现机器人和设备的调度功能，且此系统需要与上游绝缘油实验综合分析系统交互，进行数据的上传下达；另外，检测实验的运行情况、设备状态、实验结果、传感器数据等，包括油色谱监控预警系统的部分数据，需要采集并可视化展示到智慧监测系统（即智慧大屏），从而实现数据的统一监测展示。
机械臂相当于人的四肢，本研究基于复合机器人和协作机械臂的组合完成进样、取样操作[4]。
3基于机械臂的动作流程规划设计
机械臂作为整个实验流程衔接的重要组成部分，需要具备高可用、高可靠、高稳定、高灵活等特点。复合机器人整体由四部分组成，分别为下部分的自动导航小车（AGV）、上部分的六轴机械臂与末端操作工具、视觉系统及机器人控制系统，全方位模拟足、眼、脑、手，可灵活完成多样化操作任务。
自动导航小车作为机器人视觉操作平台的“足”，搭载了激光雷达，利用激光雷达最近点平面标识的无奇点平面因子，融合惯性导航预积分测量，采用旋转约束细化算法，将激光雷达位姿与全局地图对齐，通过滑动窗口方法处理激光雷达帧，实现同步建图与导航。除此之外，机器人视觉操作系统可以将自动导航小车构建的地图进行保存，然后根据地图，结合激光雷达和关系导航实时读取到的信息进行匹配的定位与导航。如此，机器人可以不需要基础设施，便可以完全自主导航，也能合理根据实时扫描的数据与地图的差异判断障碍物或人，进行合理的停止或避开，保证安全可靠性。
视觉系统作为机器人视觉操作平台的“眼”，通过深度摄像头，获取环境的深度信息及彩色图像信息，感知周围环境。深度摄像头与普通摄像头的区别在于，除了能够获取平面图像，还可以获得拍摄对象的深度信息，也就是三维的位置和尺寸信息，于是整个计算系统就获得了环境和对象的三维立体数据，可以极大缩减摄像头体积，优化机械臂末端结构，提高环境感知能力。另外，通过手眼标定，构建机器人“眼在手上”的机器人视觉操作平台，实现视觉系统与六轴协作机械臂的“手眼配合”，完成实验操作。
机器人控制系统作为机器人视觉操作平台的“脑”，搭载机器人示教控制系统、机器人通信系统、机器人视觉识别系统。系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux上，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性。系统中各层次内部由若干个功能相对对立的模块组成，这些功能模块相互协作，共同实现该层次所提供的功能。机器人示教控制系统可以快速控制机器人各部分组件，包含自动导航小车的站点导航、六轴协作机械臂的位姿控制、末端工具的动作控制。机器人通信系统快速连接上层控制系统，可以实时跟踪上层下发的操作任务，合理分配任务，保证流程正常执行。机器人视觉识别系统负责机器人所有视觉识别相关的部分，包含手眼标定、标签识别、视觉识别算法等。3个系统相互配合，完成机器人接收到任务一控制机器人移动到目标位置一完成视觉识别一控制机器人完成操作的完整实验步骤。
六轴机械臂与末端操作工具作为机器人视觉操作平台的“手”，是整个机器人动作最为复杂、定位最为精准的核心部分，它搭载了六轴协作机械臂，依托六轴协作机械臂的空间灵活性，保证了各操作姿态的可完成性。六轴协作机械臂的高精度与高稳定性，保证了实验操作的可靠、稳定执行。此外，六轴协作机械臂拥有与人协作的特点，通过结合力控传感器的机器人关节，能实现安全级监控停止，从而保证操作人员及精密检测设备的安全。六轴协作机械臂配备了电动抓手、扫码器等末端工具，可进行样品抓放；再搭配手动移液枪，可实现精确的油样转移；为了避免油样交叉污染，额外配备了可方便更换的移液枪枪头架与枪头垃圾桶。六轴机械臂与末端操作工具将样品以最合适的方式送达检测仪器，完成油样检测。
以绝缘油酸值测试为例，复合机器人由AGV小车搭载六轴机械臂组成，负责样品的运输、广口瓶开放盖、进样操作。AGV小车实现整体转移，六轴机械臂一端接AGV小车，另一端设计抓手，抓手夹取瓶盖，机械臂向上运动，实现开盖动作；利用抓手夹取瓶盖，机械臂移动到AGV小车对应点位，实现放盖。
六轴机械臂利用移液枪托架及相关结构将移液枪移动到已开盖的油样瓶位置吸取油样。油样最后被转移到酸值杯中。
协作机械臂的作用是将酸值杯逐个转移到酸值测试仪器中。协作机械臂由旋转轴、夹爪控制电机、转盘控制电机组成。其中，旋转轴的步进电机控制夹爪到达夹取和放置酸值杯的位置；夹爪控制电机控制夹爪夹取和松开酸值杯；转盘控制电机控制酸值杯的旋转。
利用中控系统完成对酸值测试设备的控制和操作。测试完毕后，协作机械臂反向操作将酸值杯放入底座，复合机器人将酸值杯托盘放入AGV小车运走。
为确保机械臂动作定位的精准性，采用多尺度特征融合算法，使用二维码标签进行精准定位。二维码标签是一个视觉基准系统，通过特定的标志降低复杂度，从而可以快速检测标志，并计算相对位置，以满足实时性要求。
基于多尺度特征融合原理，首先对输入的图像开展不同尺度的采样工作，而图像金字塔则成为实现这一目标的重要工具。图像金字塔在图像的多尺度表达领域占据着极为重要的地位，其突出的应用之一便是图像分割。本质上，图像金字塔以多分辨率来阐释图像结构。
图像金字塔最早被广泛应用于机器视觉以及图像压缩等相关领域。一幅图像的金字塔实际上是由一系列图像所构成的特殊集合，这些图像以类似金字塔的形状进行排列。它们具有一个显著的特征，那就是分辨率呈现逐步降低的趋势，并且全部都来源于同一张原始图像。其构建主要是通过梯次向下采样的方式逐步进行的，在这个过程中，每次采样都会使图像的分辨率降低，采样操作会持续进行，直到满足某个预先设定的终止条件才会停止。
从结构上看，图像金字塔呈现出一种层次分明的特性。金字塔的底部所对应的是待处理图像最为精细、高分辨率的表示形式，这里完整地保留了图像丰富的细节信息，犹如一座大厦的坚实根基。而随着层级的逐渐升高，图像的尺寸越来越小，分辨率也越来越低，相应地，图像所包含的细节信息逐渐减少，但却能够从更宏观的角度反映图像的整体特征，直至到达金字塔的顶部，此时呈现的是低分辨率的近似图像，就像是从远处眺望整座大厦所得到的一个大致轮廓。通过这种层级式的结构设计，图像金字塔为多尺度特征融合提供了丰富的、不同分辨率层次的图像资源，从而能够在不同尺度下对图像进行深入分析与处理，为后续诸如目标检测、图像识别等复杂的图像处理任务奠定坚实的基础。
在面对特征较为明显的二维码标签时，可采用基于单个深度神经网络的目标检测方法。此方法在每个特征图位置上设置了具有不同纵横比以及多种尺度的默认框。这种设计方式能够全面且细致地覆盖图像中的各区域与可能出现的目标形态，从而有效捕捉到二维码标签的特征信息，进而实现高效且精准的物体检测效果。与传统的目标检测方法相比，其显著消除了繁琐的提汉生成步骤。在传统模式中，提汉生成往往需要耗费大量的计算资源与时间，并且涉及复杂的算法流程与参数调整。而采用单个深度神经网络的方法则绕开了这一复杂环节，直接通过特征图上的默认框进行目标的初步定位与识别，极大地简化了训练过程中的计算与数据处理流程，同时也让推理过程变得更加简洁流畅。这不仅提高了目标检测的速度，还在一定程度上提升了检测的准确性与稳定性，使得在实际应用场景中，能够更快速、可靠地对二维码标签进行检测与识别，为后续相关操作，如基于二维码标签信息的设备控制、数据采集与处理等提供了坚实的基础保障。
在实际的工作场景中，二维码标签被精准地固定于对应设备的恰当位置。机械臂凭借预先设定好的固定位置与姿态信息，获取标签的实际位置坐标。基于手眼标定这一关键基础技术，系统会重新对操作设备所需的所有机器人动作进行精确计算与规划。在计算过程中，会充分考虑各种因素，例如机械臂的运动范围、运动速度以及操作精度要求等。同时，依据一系列参数（这些参数涵盖了设备的物理特性、操作规范以及环境条件等多方面信息）的预设值，机械臂能够有条不紊地完成对检测仪器的一系列复杂操作。从初始的定位与接近动作，到精确的检测动作执行，再到最后的操作完成后的归位动作，整个过程都在严密的控制与规划之下，确保了检测仪器操作的准确性、高效性以及稳定性，为整个工作流程的顺利推进提供了有力保障。
4应用效果分析
（1）相比于人工检测，自动化系统可以实现连续、高速检测以及多个项目同时检测，大大减少了人工操作时间和劳动力成本。其次，自动化系统通过精密的机械和传感器进行操作，减少了人为因素的干扰，提高了检测的准确性和可靠性，避免了操作误差。此外，自动化系统可以实现数据的管理和分析。
（2）随着电网规模的快速扩大，人员缺少问题日益突出，自动化系统可以减轻对人力资源的依赖。此外，自动化系统还可以改善检测人员的工作环境，降低人工操作强度。
5结语
随着工业社会的发展，智能化、自动化已成为各行业发展的趋势。随着工业自动化的升级，各行业将会出现各种形式的自动化生产线，以实现产业转型升级，提高产业生产效率和生产质量。针对检验检测各环节和实验室管理需求，通过智能控制系统的运行和机器人的操作，能够实现机器代替人工，切实解决实验室问题，有效提升实验室的工作效率和运营水平。