CN102928723B - 特高压线路绝缘子检测智能机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特高压线路绝缘子检测智能机器人系统，包括机器人本体和太阳能板，所述太阳能板安装在机器人本体上，所述机器人本体上还设有电能输出管理系统、控制及驱动装置、机器人位置信息采集装置和绝缘子片性能检测装置，所述控制及驱动装置分别与太阳能板、电能输出管理系统、机器人位置信息采集装置、绝缘子片性能检测装置双向通信，所述控制及驱动装置通过无线通信装置与应用控制台进行通信，所述应用控制台接受操作人员的控制。本发明在较为恶劣的环境下，按照预定设置自动进行绝缘检测，在无需人为控制下完成对指定串的检测工作；同时使机器人代替人工完成绝缘串的检测工作，可大幅减少现场人员工作强度，改善员工的工作环境。

Description

特高压线路绝缘子检测智能机器人系统

技术领域

    本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种特高压线路绝缘子检测智能机器人系统。

背景技术

21世纪，太阳能的应用与普及越来越受到人们的高度重视太阳能的应用主要有两种形式：一是把太阳能转换为热能，二是把太阳能转换为电能。前者包括人们所熟悉和广泛应用的太阳能热水器，后者称为太阳能光伏发电技术，简称PV技术。太阳能光伏发电是未来最具前景的一项技术。

现有技术中，特高压线路绝缘子检测机器人均自带电池，电池的能量不足或者电池重量过大可能影响智能机器人的正常工作。

中国第CN201331558Y号发明专利中，公开了一种具有双履带轮结构的绝缘子检测机器人，用于水平双联绝缘子串的检测，其通过履带跨越所述形体空间，并通过两边的阻挡装置进行行走方向的导向。不过显然诸如履带和轮式结构的机器人并不适合于垂直绝缘子串的检测，为了保证机器人能可靠运行，通常需要在辅助在行进方向的导向结构，结构比较复杂。另外显见的一点是，绝缘子串很多是瓷质件，表面非常光滑，很难使机器人获得良好的驱动环境。

中国第CN202013392U号发明专利则公开了一种可用于垂直绝缘子串检测的机器人，包括对称设置的两个环形支架，两个环形支架上分别设置有爬行机构，两个爬行机构之间通过连接板连接；为适应在垂直绝缘子串上的攀爬，爬行机构包括对称设置的两个导轨，两个导轨上分别设置卡脚机构；而卡脚机构又包括滑动装置和摆动装置，滑动装置包括滑动设置在导轨上的卡脚滑块，摆动装置包括摆动键套，摆动键套通过轴承连接到卡脚滑块上，结构复杂；并且在实际使用中，需要一系列的运动相配合，不可避免的产生个运动环节的衔接问题，效率比较低。另外，其形体比较大，携带困难，而高压线路多在野外，不便于携带的缺陷会严重影响其实际使用的便捷性。

中国第CN1165775C号发明专利则公开了一种具有可套设于绝缘子本体周边的环形支架的机器人，在该环形支架上设置爬行机构和检测探头，显然，由于绝缘子串两端连接，环形支架套装在绝缘子串上需要通过辅助结构进行配合，否则无法完成套装，该辅助的结构，如两节或者两节以上拼对口和的结构，造成了其自身结构的复杂性。另外，其仍然采用导轨式结构，并配合卡爪结构，体积仍然比较大，体形笨重而难以携带。同时，卡爪结构动作比较缓慢，检测效率比较低。通常，这类检测机器人需要在断电的情况下进行检测，影响线路的正常运运行。

绝缘子是一种特殊的绝缘控件，能够在架空输电线路中起到重要作用。绝缘子对高压输电线路的安全起着重要作用，检测绝缘子的传统方法，为人工登塔逐片检测，难度大，危险性高，随着技术的发展，高压输电线路电压等级越来越高，绝缘子的长度和结构也越来越多，普通的人工检测已经远远不能满足技术发展的要求；现在的绝缘子检测结构要求小巧，轻便，可靠性高，到目前为止，本领域尚未出现类似的高压带电检测装置。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种特高压线路绝缘子检测智能机器人系统，本发明可在较为恶劣的环境下，按照预定设置自动进行绝缘检测，具有较高的自动化水平；在无需人为控制下完成对指定串的检测工作；同时使机器人代替人工完成绝缘串的检测工作，可大幅减少现场人员工作强度，改善员工的工作环境。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种特高压线路绝缘子检测智能机器人系统，它包括机器人本体，所述机器人本体上安装有太阳能板；同时，所述机器人本体上还设有电能输出管理系统、控制及驱动装置、机器人位置信息采集装置和绝缘子片性能检测装置，所述控制及驱动装置分别与电能输出管理系统、机器人位置信息采集装置、绝缘子片性能检测装置双向通信，所述控制及驱动装置通过无线通信装置与应用控制台进行通信，所述应用控制台接受操作人员的控制，所述太阳能板与电能输出管理系统连接。

所述控制及驱动装置包括状态信息采集装置、串行数据通信装置、模拟量检测装置、驱动装置，所述控制及驱动装置用于接收应用控制台发送的指令经过指令解析后将指令发送给各执行机构，还接收绝缘子片性能检测装置、机器人位置信息检测装置和太阳能板及电能输出管理装置的信息，并将所述信息经过数据处理后根据处理结构形成指令发至相应执行机构，所述数据处理结果及指令信息同事反馈至所述应用控制台。

所述机器人位置信息采集装置包括检测点位置检测装置和运行极限位置检测装置，用于收集机器人爬过的绝缘片数信息、检测过的绝缘片数信息、监测点的精确定位信息和是否行至绝缘串两端的极限位置信息，并反馈到所述的控制及驱动装置。

所述太阳能板能够充分利用太阳能，采用最大功率跟踪技术充分利用太阳能，所述太阳能板与电能输出管理系统的太阳能供电模块连接，太阳能供电模块通过电压比较电路与所述控制及驱动装置相连，太阳能供电模块向所述控制及驱动装置发送太阳能输出信号或太阳能电能输出欠压信号，如果检测到太阳能电能输出欠压信号，机器人系统使用锂电池供电，如果检测到太阳能电能输出信号，使用太阳能供电模块提供机器人系统的动力源，同时完成太阳能供电模块对锂电池的充电，从而提高系统的供电稳定性和持续性。

所述绝缘子片性能检测装置包括检测触发机构和绝缘子检测仪，用于对每片绝缘子片绝缘性能进行检测，并反馈至所述的控制及驱动装置，同时也接收来自所述控制及驱动装置的指令。

所述机器人本体包括四组导向臂机构，第一组导向臂机构和第二组导向臂机构通过第一环臂板相连，第三组导向臂机构和第四组导向臂机构通过第二环臂板相连，第二组导向臂机构和第三组导向臂机构之间通过动力驱动攀爬机构相连，前述机构相连后组成一个与绝缘子相配合的圆形结构；所述第一环臂板上设有绝缘子检测仪，第二环臂板上均设有控制装置，控制装置分别与动力驱动攀爬机构和绝缘子检测仪电连接。所述每一组导向臂机构均包括一个导向臂，以及固定于导向臂侧面上的导向臂支架，第一组导向臂机构的导向臂支架和第二组导向臂机构的导向臂支架通过第一环臂板相连；第三组导向臂机构的导向臂支架和第四组导向臂机构的导向臂支架通过第二环臂板相连。所述第一环臂板和第二环臂板均为与绝缘子串外形相配合的弧形结构。所述动力驱动攀爬机构包括第一驱动支撑架和第二驱动支撑架，所述第一驱动支撑架、第二驱动支撑架分别固定于第二组导向臂机构的导向臂和第三组导向臂机构的导向臂上，所述第一驱动支撑架、第二驱动支撑架上下端分别通过上轴和下轴相连，上、下轴之间通过拉板相连；所述上轴中部固定安装有电机，电机两侧的上轴上分别设置有左右上同步带轮、左右大直齿轮、左右上攀爬臂；所述下轴上设置于上轴相连的连接件两侧分别设有左右下同步轮、左右下攀爬臂；所述左右上同步带轮和左右下同步轮分别相对应地通过同步带相连。所述左右上攀爬臂和左右下攀爬臂的末端均设有滚轮。所述电机设有双向输出轴，双向输出轴上分别设置一电机齿轮，所述电机齿轮分别与上轴上的左右大直齿轮啮合。所述电机与控制装置电连接。所述控制装置包括设置于第二环臂板上的控制盒，控制盒中设置控制系统，控制系统分别与绝缘子检测仪和电机电连接。

电能输出管理系统，它包括锂电池充电模块、电压比较电能输出模块、太阳能大功率跟踪模块、太阳能供电模块。

本发明的有益效果：

1、本发明可在较为恶劣的环境下，按照预定设置自动进行绝缘检测，具有较高的自动化水平；在无需人为控制下完成对指定串的检测工作；同时使机器人代替人工完成绝缘串的检测工作，可大幅减少现场人员工作强度，改善员工的工作环境；

2、本发明带有太阳能板，减轻电池的重量，减轻了机器人本体的负荷，同时还能够充分利用太阳能，将太阳能转换成电能；

3、本发明结构轻巧，布局对称，可靠性好；

4、本发明环臂板为弧形结构，与绝缘子外形相吻合；

5、本发明利用一个两输出轴的电机驱动两端的同步带轮，使攀爬臂的转动同步可靠；

6、本发明整体结构与绝缘子串的接触较少，对绝缘子瓷裙部的涂料涂层磨损小，整体结构摩擦力小。

附图说明

    图1是本发明带太阳能电池板的结构示意图；

图2是本发明不带太阳能电池板的结构示意图；

图3是本发明动力驱动攀爬机构示意图；

图4是本发明机器人本体侧视图；

图5是本发明机器人工作效果图；

图6是本发明实现实施例的示意图；

图7是本发明机器人系统框图；

图8是本发明机器人系统电气连接示意图；

其中，001.第四导向臂，002.第四导向臂支架，003.第二环臂板，004.控制盒，005.第三导向臂支架，006.第三导向臂，007.第二导向臂，008.第二导向臂支架，009.第一环臂板，010.绝缘子检测仪，011.第一导向臂支架，012.第一导向臂，013.右上攀爬臂，014.右大直齿轮，015.右上同步带轮，016.右电机齿轮，017.右锁紧螺母，018.上轴，019.驱动电机，020.左锁紧螺母，021.右拉板，022.右下攀爬臂，023.第二驱动支撑架，024.右下同步带轮，025.下轴，026.左下同步带轮，027.左下攀爬臂，028.第一驱动支撑架，029.左拉板，030.左电机齿轮，031.左上同步带轮，032.左大直齿轮，033.左上攀爬臂，034.太阳能板。     

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1-图5所示，本发明包括第四、第三、第二和第一导向臂001、006、007、012，第四、第三、第二、第一导向臂支撑002、005、008、011，第二、第一环臂板003、009，机器人控制盒004，智能绝缘子检测仪010，右上、右下、左下、左上攀爬臂013、022、027、033，右、左大直齿轮014、032，右上、右下、左下、左上同步带轮015、024、026、031，右、左电机齿轮016、030，右、左锁紧螺母017、020，上轴018，下轴025，驱动电机019，右拉板021，左拉板029，第二、第一驱动支撑架023、028。

第四导向臂001与第四导向臂支架002固定在一起，与第二环臂板003一端相连接，第二环臂板003的另一端与第三导向臂支架005连接，第三导向臂支架005与第三导向臂006固定连接，形成一个弧形的结构，机器人控制盒004固定于第二环臂板003上，同理第二导向臂007与第二导向臂支架008固定，第一环臂板009一端固定于第二导向臂支架008上，第一环臂板009的另一端与第一导向臂支架011连接，第一导向臂支架011安装于第一导向臂012上。形成另一个弧形结构，智能绝缘子检测仪010固定于第一环臂板009上。第二环臂板003和第一环臂板009均采用高弹性的新型复合材料，碳纤维复合材料。通过上述两组对称弧形结构组成了绝缘子检测机器人的本体结构。

驱动结构如图2，通过第二驱动支撑架023固定于第三导向臂006上，第一驱动支撑架028固定于第二导向臂007上，将整个驱动结构固定于上，第二驱动支撑架023和第一驱动支撑架028之间由上轴018和下轴025连接，右上攀爬臂013和右大直齿轮014、右上同步带轮015三者固定为一体，可以在上轴018上同步旋转，右电机齿轮016与右大直齿轮014相互啮合，驱动电机019为双输出轴电机，驱动电机019驱动右电机齿轮016旋转，由于右电机齿轮016与右大直齿轮014相互啮合，从而带动右上攀爬臂013、右上同步带轮015一起随着驱动电机019旋转，右下同步带轮024和右下攀爬臂022之间位置固定，可以一起在下轴025上旋转，右上同步带轮015通过同步带将驱动电机019的动力传递给右下同步带轮024，右下同步带轮024和右下攀爬臂022完成旋转动作，从而完成攀爬动作。

同理，另一侧的左上攀爬臂033、左上同步带轮031、左大直齿轮032三者固定为一体，可以沿上轴018旋转，驱动电机019将动力通过左电机齿轮030将动力传递给左大直齿轮032，左上同步带轮031和左下同步带轮026之间由同步带相连接，左下同步带轮026与左下攀爬臂027一起旋转，由于采用一个驱动电机控制，采用对称布置结构，保证传递动力的均匀可靠；在爬行的过程中检测仪完成对绝缘子片的检测，整体动作的完成有机器人控制盒004完成。

如图6所示，特高压线路绝缘子检测机器人本体与应用控制台之间的通信通过两台无线网络装置来实现。

如图7所示，操作人员控制应用控制台，应用控制台通过无线通信装置给控制及驱动装置发出控制信号，控制及驱动装置接收信号并将信号传输给机器人位置信息采集装置、绝缘片性能检测装置、太阳能电池板和电能输出管理装置。

如图8所示，本发明的电气连接示意图，边缘检测超声传感器、边缘检测激光传感器、检测点停靠位置激光传感器、绝缘子片计数激光传感器将各自采集到的信息上传给第一控制单元MCU，第一控制单元分别与无线通信模块、驱动模块、绝缘子性能检测及检测触发模块、第二控制单元MCU双向通信。

所述第二控制单元MCU与太阳能电管理模块双向通信，所述第二控制单元MCU与锂电池电管理模块双向通信。

锂电池给锂电池充放电模块供电，锂电池充放电模块将信号传输给比较电路模块，比较电路模块接受来自太阳能转换电能模块的信号，太阳能转换电能模块接收太阳能板034转换的电能，太阳能转换电能模块与太阳能板034效能最大输出模块双向通信，所述太阳能转换电能模块将信号上传给太阳能电管理模块，所述比较电路模块将信号上传给太阳能电管理模块或锂电池电管理模块，所述锂电池充放电模块与锂电池电管理模块双向通信。

在本实例中，所述绝缘子性能检测装置用于将绝缘子性能状态信息和绝缘子检测触发执行装置运行信息反馈至所述控制及驱动装置，同时接收来自所述控制及驱动装置的指令。所述绝缘子性能检测装置设有绝缘片性能检测装置和检测触发执行装置，其中绝缘子片性能检测装置设于所述的机器人本体上，通过RS232和四路开关信号与所述的控制及驱动装置连接，完成绝缘子性能检测控制及检测信息查询；其中检测触发执行装置设于所述的机器人本体上，通过两路RS485与所述控制及驱动装置连接，接收所述控制及驱动装置下发的指针摆动到位命令和触发检测命令，并将是否到达限位信息反馈至所述的控制及驱动装置。

在本实例中，所述太阳能板034及电能输出管理装置包括太阳能供电最大功率跟踪装置、太阳能供电管理装置或锂电池供电管理装置，并都装于所述机器人本体上，其中太阳能供电最大功率跟踪装置是指在太阳能板034是四周设有光感电阻，组成一个二维坐标系，两个轴上安装有一个电机，根据每个轴上的两个光感电阻组成的比较电路产生的阀值电压，控制两个轴的电机带动太阳能板034，从而使太阳能板034调整面向太阳的射入角度，使得输出功率最大；其中太阳能供电管理装置或锂电池供电管理装置是指以AVR16微处理器检测太阳能供电模块电压和锂电池供电模块电压，将两个电压与设定的阀值电压相比较，当检测到的太阳能模块高于阀值电压，就以其作为主供电是机器人完成检测任务，并给锂电池充电直至充满停止充电；当检测到太阳能供电低于阀值电压时，切换到以锂电池供电为主，完成机器人检测任务。所述的太阳能板034及电能输出管理装置设计能最大限度利用太阳能。解决了太阳能随环境变化较大，如果采用单一电压作为主动力源使得机器人稳定运行带来一些不安因素。所述太阳能板034及电能输出管理装置以RS232串口线与所述控制及驱动装置连接，并将当前供电模式、锂电池电压和输出电流信息送至所述控制及驱动装置，通过其无线装置传递给应用控制台，使工作人员方便查看。

在本实例中，机器人位置信息检测装置包括机器人检测点位置信息检测单元、攀爬绝缘子片数信息采集单元和绝缘子串接线端和杆塔端边缘信息采集单元。其中所述机器人检测点位置信息检测单元采用光电开关检测设置在驱动执行机构特定标志，完成检测点信息采集，将信息反馈至所述控制及驱动装置，所诉控制驱动装置根据得到信息完成机器人检测点的准确停靠；其中所述的攀爬绝缘子片数信息采集单元，采用对射激光传感器来实施对绝缘子片的检测，当有绝缘子片阻塞激光通路时，将激光传感器产生的信号传送至所述控制及驱动装置，完成攀越绝缘子片数的采集，所述控制及驱动装置根据得到信息完成绝缘子片的计数；其中绝缘子串接线端和杆塔端边缘信息采集单元，采用漫反射激光传感器和漫反射超声传感器组合使用，当机器人运行至线路端或杆塔端，传感器将信号反馈至所述的控制及驱动装置，所述控制及驱动装置根据反馈信息做出相应的运行状态调整或直接停止机器人运行。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种特高压线路绝缘子检测智能机器人系统，它包括机器人本体，其特征是，所述机器人本体上安装有太阳能板；同时，所述机器人本体上还设有电能输出管理系统、控制及驱动装置、机器人位置信息采集装置和绝缘子片性能检测装置，所述控制及驱动装置分别与电能输出管理系统、机器人位置信息采集装置、绝缘子片性能检测装置双向通信，所述控制及驱动装置通过无线通信装置与应用控制台进行通信，所述应用控制台接受操作人员的控制，所述太阳能板与电能输出管理系统连接；

所述机器人本体包括四组导向臂机构，第一组导向臂机构和第二组导向臂机构通过第一环臂板相连，第三组导向臂机构和第四组导向臂机构通过第二环臂板相连，第二组导向臂机构和第三组导向臂机构之间通过动力驱动攀爬机构相连，前述机构相连后组成一个与绝缘子相配合的圆形结构；所述第一环臂板上设有绝缘子检测仪，第二环臂板上设有控制装置，控制装置分别与动力驱动攀爬机构和绝缘子检测仪电连接；每一组导向臂机构均包括一个导向臂，以及固定于导向臂侧面上的导向臂支架，第一组导向臂机构的导向臂支架和第二组导向臂机构的导向臂支架通过第一环臂板相连；第三组导向臂机构的导向臂支架和第四组导向臂机构的导向臂支架通过第二环臂板相连；所述第一环臂板和第二环臂板均为与绝缘子串外形相配合的弧形结构；所述动力驱动攀爬机构包括第一驱动支撑架和第二驱动支撑架，所述第一驱动支撑架、第二驱动支撑架分别固定于第二组导向臂机构的导向臂和第三组导向臂机构的导向臂上，所述第一驱动支撑架、第二驱动支撑架上下端分别通过上轴和下轴相连，上、下轴之间通过拉板相连；所述上轴中部固定安装有电机，电机两侧的上轴上分别设置有左右上同步带轮、左右大直齿轮、左右上攀爬臂；与上轴相连的连接件两侧的下轴上分别设有左右下同步轮、左右下攀爬臂；所述左右上同步带轮和左右下同步轮分别相对应地通过同步带相连；所述左右上攀爬臂和左右下攀爬臂的末端均设有滚轮；所述电机设有双向输出轴，双向输出轴上分别设置一电机齿轮，所述电机齿轮分别与上轴上的左右大直齿轮啮合；所述电机与控制装置电连接；所述控制装置包括设置于第二环臂板上的控制盒，控制盒中设置控制系统，控制系统分别与绝缘子检测仪和电机电连接。

2.如权利要求1所述的一种特高压线路绝缘子检测智能机器人系统，其特征是，所述控制及驱动装置包括状态信息采集装置、串行数据通信装置、模拟量检测装置、驱动装置，所述控制及驱动装置用于接收应用控制台发送的指令，经过指令解析后将指令发送给各执行机构，还接收绝缘子片性能检测装置、机器人位置信息检测装置、太阳能板及电能输出管理系统的信息，并将所述信息经过数据处理后根据处理结果形成指令信息发至相应执行机构，所述处理结果及指令信息同时反馈至所述应用控制台。

3.如权利要求1所述的一种特高压线路绝缘子检测智能机器人系统，其特征是，所述机器人位置信息采集装置包括检测点位置检测装置和运行极限位置检测装置，用于收集机器人爬过的绝缘片数信息、检测过的绝缘片数信息、监测点的精确定位信息和是否行至绝缘串两端的极限位置信息，并反馈到所述控制及驱动装置。

4.如权利要求1所述的一种特高压线路绝缘子检测智能机器人系统，其特征是，所述太阳能板能够充分利用太阳能，采用最大功率跟踪技术充分利用太阳能，所述太阳能板与电能输出管理系统的太阳能供电模块连接，太阳能供电模块通过电压比较电路与所述控制及驱动装置相连，太阳能供电模块向所述控制及驱动装置发送太阳能输出信号或太阳能电能输出欠压信号，如果检测到太阳能电能输出欠压信号，机器人系统使用锂电池供电，如果检测到太阳能电能输出信号，使用太阳能供电模块提供机器人系统的动力源，同时完成太阳能供电模块对锂电池的充电，从而提高系统的供电稳定性和持续性。

5.如权利要求1所述的一种特高压线路绝缘子检测智能机器人系统，其特征是，所述绝缘子片性能检测装置包括检测触发机构和绝缘子检测仪，用于对每片绝缘子片绝缘性能进行检测，并反馈至所述的控制及驱动装置，同时也接收来自所述控制及驱动装置的指令。

6.如权利要求1所述的一种特高压线路绝缘子检测智能机器人系统，其特征是，所述电能输出管理系统包括锂电池充电模块、电压比较电能输出模块、太阳能最大功率跟踪模块、太阳能供电模块。

Images