CN103128738A - 蠕动式绝缘子串智能检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蠕动式绝缘子串智能检测机器人，它包括能环抱在绝缘子本体上的环形抱紧机构，环形抱紧机构上设有至少两组相同的能够沿着绝缘子串运动的爬行机构，环形抱紧机构上设置有检测装置和控制系统，所述控制系统分别与环形抱紧机构的连杆电机、爬行机构的推杆本体、检测装置电连接；所述控制系统包括中央控制单元，中央控制单元分别与发射接收电路、推杆驱动电路、电源、ADC接口电路和系统总线通信，所述系统总线分别与检测装置的检测回路、推杆驱动杆电路、传感器接口电路、连杆电机接口通信。本发明结构紧凑，移动速度快，适用于水平及悬垂绝缘子串的运动，通过电路控制完成爬行、检测及清扫工作。

Description

蠕动式绝缘子串智能检测机器人

技术领域

本发明涉及一种绝缘子串爬行机器人，尤其是一种适用于电力绝缘子串的检测，也可以适用于绝缘子污物清扫、表面喷涂的蠕动式绝缘子串智能检测机器人。

背景技术

目前，随着我国电力系统的不断发展，电网安全、稳定运行越来越受到重视。尤其在近年来大力发展的超高压、特高压输电系统中，绝缘子的安全运行直接决定了整个系统的投资及安全水平，为保证高压输电线路的电气安全，在高压输电线路运行使用一段时间后，需要检测线路的电气性能，特别是绝缘子的绝缘安全性能，防止短路或断路等现象的发生。

绝缘子是架空高压输电线路上用于导线与铁塔连接的绝缘元件，具有两个基本作用，即支撑和防止电流回地，这两个作用必须得到保证，绝缘子不应该由于环境和电负荷条件发生变化导致各种电应力而失效，否则绝缘子就不会产生所需的作用，会损害整条线路的使用和运行寿命。

按照安装结构不同，绝缘子串可分悬垂绝缘子串和水平绝缘子串，以及倾斜绝缘子串，当然，由于安装的需要，一般如垂直绝缘子串并不是绝对垂直，而是在竖直方向上一定角度范围之内都可以叫做悬垂绝缘子串。

用耐张绝缘子串悬挂导线或分裂导线的承受导线张力的杆塔称为耐张塔，是以基本水平的方向牵拉导线的塔架，当然由于重力的影响，不会绝对水平。这里所说的绝缘子串，在耐张塔上基本上就是水平绝缘子串。

由于绝缘子串长期暴露于大气中，绝缘子串的表面会产生积灰和污物，容易造成线路短路，降低线路的绝缘子的绝缘性能，绝缘子表面的清洁，目前采用人工清扫的方式，操作危险性高、效率低、难度大。

随着人性化作业推广的需要和智能机器人的发展，目前，越来越多的智能机器人应用于电力线路巡检或者设备检测上。在如中国第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。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种蠕动式绝缘子串智能检测机器人，该机器人结构紧凑，移动速度快，能够通过携带检测仪器对绝缘子进行电气指标检测，并完成检测数据的记录和传输。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种蠕动式绝缘子串智能检测机器人，它包括能环抱在绝缘子本体上的环形抱紧机构，环形抱紧机构上设有至少两组相同的能够沿着绝缘子串运动的爬行机构，环形抱紧机构上设置有检测装置和控制系统，所述控制系统分别与环形抱紧机构的连杆电机、爬行机构的推杆本体、检测装置电连接；所述控制系统包括中央控制单元，中央控制单元分别与发射接收电路、推杆驱动电路、电源、ADC接口电路和系统总线通信，所述系统总线分别与检测装置的检测回路、推杆驱动杆电路、传感器接口电路、连杆电机接口通信。

所述环形抱紧机构包括由下至上依次平行设置的圆弧状的下环形板、中环形板和上环形板，所述下环形板、上环形板、中环形板均与三个纵向均匀分布的导向支撑连接；所述下环形板和中环形板通过刚性连接件固定连接，下环形板和中环形板均活动连接于导向支撑上；所述上环形板和下环形板上均对称设有两组定位装置。

所述三个纵向均匀分布的导向支撑分别位于上、中、下环形板的圆弧开口两端以及圆弧中间位置。

所述中环形板上固定安装有检测装置和控制系统。

所述定位装置包括连杆电机，连杆电机通过连杆电机座固定于上环形板或下环形板上，连杆电机的输出轴与主动连杆连接，主动连杆一端与拉杆一端铰接，拉杆另一端与从动连杆一端铰接，从动连杆铰接于与其相邻的爬行机构上，且主动连杆和从动连杆处于同一水平面上，主动连杆、拉杆、从动连杆和铰接点组成一个四杆机构。

所述每组爬行机构均包括分别设置于上、下环形板上的相对应的推杆上固定座和推杆下固定座，推杆和推杆本体分别固定连接于推杆上、下固定座上。

所述推杆本体为电动推杆或电液推杆。

所述控制系统安装于控制盒中，中央控制单元为单片机或PLC。

所述检测装置为绝缘子检测仪器。

本发明中的绝缘子检测仪器、发射接收电路、推杆驱动电路、电源、传感器接口电路、ADC接口电路和系统总线均为现有硬件设备，在市场上均可买到，在此不再赘述。

本发明可以适用于水平及悬垂绝缘子串的运动，它包括能环抱在绝缘子本体上的环形抱紧机构，环形抱紧机构的本体上放置有能够沿着绝缘子串运动的爬行机构，检测仪器或清扫装置固定于环形结构上，由电路控制完成爬行、检测及清扫工作。

环形抱紧机构由三个圆弧状的环形板组成，环形板由高弹性、轻质的新型复合材料构成且通过三个导向支撑连接。上端的环形板上安装有三个推杆固定座，且环形板固定有三个导向支撑，三个导向支撑均匀分布，环抱绝缘子串，推杆的下端固定于下端的环形板上，中间的环形板与下端的环形板位置相对固定，且中部和下部的环形板都可以沿着三个导向支撑上行滑动；在上端环形板上对称分布有两组连杆电机，连杆电机可以带动主动连杆和从动连杆旋转；

爬行机构由两组或者两组以上，通过推杆本体伸缩推杆，完成爬行动作。将绝缘子机器人放置于初始位置时，推杆处于收缩位置，整个机器人上下结构高度跨越两片绝缘子片，当推杆完全伸出后，整个绝缘子机器人的结构高度为跨三片绝缘子片，将绝缘子机器人放置于绝缘子串上，此时绝缘子机器人下端的两组主动连杆和从动连杆由连杆电机带动旋转至绝缘子片内部的上表面，两组主动连杆和从动连杆支撑在绝缘子内部的上表面。

此时三组推杆从推杆本体上同时伸出，推动机器人的上部分向上运动，至三组推杆完全伸出到位，上端的两组主动连杆和从动连杆通过连杆电机带动旋转至绝缘子的上表面，此时下端的两组主动连杆和从动连杆在连杆电机的带动下从下侧的绝缘子片的表面转动至绝缘子表面的外侧，上端的两组主动连杆和从动连杆静止。

此时三组推杆同时开始收缩，将绝缘子机器人的下端提升，推杆收缩到位后，此时下端的两组主动连杆和从动连杆正好处于中间绝缘子的上表面，由两个连杆电机分别带动两组主动连杆和从动连杆旋转至绝缘子内部的上表面，将整个绝缘子检测机器人支撑，机器人上端的两组主动连杆和从动连杆此时从绝缘子片的内部旋转至绝缘子的外侧，此时完成一个爬行的循环，如此反复，完成整个上行动作，蠕动式绝缘子机器人的下行，同上行原理相同，不再赘述。

本发明的有益效果是，本发明结构紧凑，移动速度快，它能够通过携带检测仪器对绝缘子进行电气指标检测，并进行记录和数据传输；能够携带清扫装置，完成对绝缘子瓶串的灰尘及污物的清扫；还能够携带喷涂装置，完成对绝缘子片表面的涂料喷涂工作；适用于水平及悬垂绝缘子串的运动，通过电路控制完成爬行、检测及清扫工作。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明实际在线模拟图；

图4-9为本发明运动流程图；

图10为本发明控制系统框图；

图11为本发明控制流程图；

其中1.导向支撑，2.推杆下固定座，3.推杆本体，4.下环形板，5.绝缘子检测仪器，6.推杆，7.主动连杆，8.连杆电机底座，9.连杆电机，10.拉杆，11.从动连杆，20.推杆上固定座，21.上环形板，34.中环形板，39.电控盒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1-11所示，蠕动式绝缘子串智能检测机器人，它包括能环抱在绝缘子本体上的环形抱紧机构，环形抱紧机构上设有至少两组相同的能够沿着绝缘子串运动的爬行机构，环形抱紧机构上设置有检测装置和控制系统，所述控制系统分别与环形抱紧机构的连杆电机、爬行机构的推杆本体、检测装置电连接；所述控制系统包括中央控制单元，中央控制单元分别与发射接收电路、推杆驱动电路、电源、ADC接口电路和系统总线通信，所述系统总线分别与检测装置的检测回路、推杆驱动杆电路、传感器接口电路、连杆电机接口通信。传感器接口电路与位置传感器相连，位置传感器安装于上环形板21上。

环形抱紧机构包括由下至上依次平行设置的圆弧状的下环形板4、中环形板34和上环形板21，所述下环形板4、上环形板21、中环形板34均与三个纵向均匀分布的导向支撑1连接；所述下环形板4和中环形板34通过刚性连接件固定连接，下环形板4和中环形板34均活动连接于导向支撑1上；所述上环形板21和下环形板4上均对称设有两组定位装置。

三个纵向均匀分布的导向支撑1分别位于上、中、下环形板21、34、4的圆弧开口两端以及圆弧中间位置。中环形板34上固定安装有检测装置和控制系统。

定位装置包括连杆电机9，连杆电机9通过连杆电机座8固定于上环形板21及下环形板4上，连杆电机9的输出轴与主动连杆7连接，主动连杆7一端与拉杆10一端铰接，拉杆10另一端与从动连杆11一端铰接，从动连杆11铰接于与其相邻的爬行机构上，且主动连杆9和从动连杆11处于同一水平面上，主动连杆9、拉杆10、从动连杆11和铰接点组成一个四杆机构。

每组爬行机构均包括分别设置于上、下环形板21、4上的相对应的推杆上固定座20和推杆下固定座2，推杆6和推杆本体3分别固定连接于推杆上、下固定座30、2上。推杆本体3为电动推杆或电液推杆。

控制系统安装于控制盒39中，中央控制单元为单片机或PLC。检测装置为绝缘子检测仪器5。

本发明的控制系统是基于双位置闭环的复杂运动控制系统。双位置闭环包括多连杆电机的横向位置闭环和多推杆的纵向位置闭环。由本发明系统结构可清楚知道，这两个位置闭环需相互协调才能共同完成机器人的攀爬以及检测任务。

具体实施过程如下：机器人在绝缘子串上工作。用户下发自动测量指令，控制系统中央控制单元接收到控制命令，首先复位位于上环形板21上的两个连杆电机，上述两个连杆电机复位可带动与其相连两个主动拉杆，两个从动拉杆达到初始位置。

中央控制单元通过系统总线时刻监控位于上环形板21上的两个连杆电机的位置，待两个连杆电机到达初始位置时，中央控制单元通过驱动电路驱动三个推杆。三个推杆以相同速度伸张，由系统结构可知，系统会在推杆带动下发生伸长。

中央控制单元通过系统总线读取推杆位置，待机器人长度达到预定位置时，中央控制单元停止三个推杆运动。如果系统长度到达预定长度，中央控制单元控制上环形板21上的两个连杆电机带动主动拉杆和从动拉杆正向移动。在上环形板21上的两个连杆电机运动过程当中，中央控制单元通过系统总线时刻监控两个连杆电机位置。在两个电机到达预定位置之前，系统为确保机器人安全，不会进行任何其他动作。由系统结构可知，上环形板21上的两个连杆电机到达预定位置后，机器人上方的主动拉杆和从动拉杆可起到稳定支撑机器人的作用。

中央控制单元会一直等待上环形板21上的两个连杆电机到达预定位置，然后通过系统总线控制下环形板4上的两个连杆电机复位。系统重力的支撑由下方主动拉杆和从动拉杆转移到上方主动拉杆和从动拉杆。下方两个连杆电机完全复位后，中央控制单元启动驱动单元控制三个推杆发生收缩。由系统结构可知，系统长度会随着三个推杆的收缩而缩短，机器人重心上移。系统收缩到起始长度时，中央控制单元即刻停止三个推杆的运动。带推杆完全静止时，下环形板4上的连杆电机正向运动，下方主动拉杆和从动拉杆逐步可以支撑机器人重力。至此，一次完整攀爬过程结束。

在每次攀爬间隙，中央控制单元可以通过系统总线控制检测仪完成绝缘子片阻值检测工作。

检测装置包括设置于中间环形板上的控制盒和绝缘子检测仪器，控制盒中设置控制系统，控制系统分别与绝缘子检测仪和控制盒连接。本发明中的绝缘子检测仪为现有技术，不再赘述。

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 (9)

1.一种蠕动式绝缘子串智能检测机器人，其特征是，它包括能环抱在绝缘子本体上的环形抱紧机构，环形抱紧机构上设有至少两组相同的能够沿着绝缘子串运动的爬行机构，环形抱紧机构上设置有检测装置和控制系统，所述控制系统分别与环形抱紧机构的连杆电机、爬行机构的推杆本体、检测装置电连接；所述控制系统包括中央控制单元，中央控制单元分别与发射接收电路、推杆驱动电路、电源、ADC接口电路和系统总线通信，所述系统总线分别与检测装置的检测回路、推杆驱动杆电路、传感器接口电路、连杆电机接口通信。

2.如权利要求1所述的机器人，其特征是，所述环形抱紧机构包括由下至上依次平行设置的圆弧状的下环形板、中环形板和上环形板，所述下环形板、上环形板、中环形板均与三个纵向均匀分布的导向支撑连接；所述下环形板和中环形板通过刚性连接件固定连接，下环形板和中环形板均活动连接于导向支撑上；所述上环形板和下环形板上均对称设有两组定位装置。

3.如权利要求2所述的机器人，其特征是，所述三个纵向均匀分布的导向支撑分别位于上、中、下环形板的圆弧开口两端以及圆弧中间位置。

4.如权利要求2所述的机器人，其特征是，所述中环形板上固定安装有检测装置和控制系统。

5.如权利要求2所述的机器人，其特征是，所述定位装置包括连杆电机，连杆电机通过连杆电机座固定于上环形板和下环形板上，连杆电机的输出轴与主动连杆连接，主动连杆一端与拉杆一端铰接，拉杆另一端与从动连杆一端铰接，从动连杆铰接于与其相邻的爬行机构上，且主动连杆和从动连杆处于同一水平面上，主动连杆、拉杆、从动连杆和铰接点组成一个四杆机构。

6.如权利要求5所述的机器人，其特征是，所述每组爬行机构均包括分别设置于上、下环形板上的相对应的推杆上固定座和推杆下固定座，推杆和推杆本体分别固定连接于推杆上、下固定座上。

7.如权利要求6所述的机器人，其特征是，所述推杆本体为电动推杆或电液推杆。

8.如权利要求1所述的机器人，其特征是，所述控制系统安装于控制盒中，中央控制单元为单片机或PLC。

9.如权利要求1所述的机器人，其特征是，所述检测装置为绝缘子检测仪器。

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