CN103158154B - 绝缘子串智能检测机器人系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绝缘子串智能检测机器人系统，包括两组对称设置的驱动机构，两驱动机构相对一侧通过抱紧机构铰接，相对另一侧上分别通过夹块固定安装有一个导向臂，抱紧机构上安装有绝缘子检测仪，其中一个夹块上安装有电控盒，电控盒中设有与驱动机构、抱紧机构和绝缘子检测仪电连接的控制系统。本发明还公开了该系统的控制方法。本发明通过机器人配合驱动机构上升和下降对绝缘子的下表面有效检测；通过位置闭环控制的伸缩结构，将机器人导入至与绝缘子抱紧的状态。通过差速控制的双轴驱动爬行，保证机器人行走更加到位、可靠；伺服电机作保证爬行过程中停靠准确可靠；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，摩擦力小。

Description

绝缘子串智能检测机器人系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其是一种绝缘子串智能检测机器人系统及其控制方法。

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。

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。该机器人无法攀爬悬垂式绝缘子串；使用具有很大的局限性；

中国第CN1165775C号发明专利则公开了一种具有可组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，环形支架组装在绝缘子串上需要通过辅助结构进行配合，否则无法完成组装，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。

中国专利申请CN102608474 A公开了一种绝缘子串带电检测机器人，其包括若干导向杆机构、至少一个绝缘子检测装置、控制装置以及至少一组旋转驱动装置，所述导向杆机构连接设置于旋转驱动装置的两侧，控制装置和绝缘子检测装置均固定于导向杆机构上，所述绝缘子检测装置、驱动旋转装置的驱动电机均与控制装置电连接。由于此机器人在绝缘子串上运动时每次都是搭接上下三片绝缘子片，而且机器人整体尺寸较大，工人携带上电塔不太方便。

美国专利申请公开号为：US2010/0100239A 1 公开了一种绝缘子串检测机器人机械结构，机器人本体沿带电悬垂绝缘子串往复运动，包括上下可调节环绕绝缘子支架，安装在机器人本体移动的驱动模块，电子检测模块，用于将机器人本体和安装卸载机构连接的连接模块，手动将机器人从绝缘子上拆除的开关翼模块，两侧绝缘子电特性的测量模块，控制机器人动作的控制器以及探测绝缘子缺损的缺损探测单元。但是，该专利申请主要针对的是带电悬垂绝缘子串的检测，其结构包括3 个驱动模块，每个驱动模块分别由3 个电机驱动，在控制过程中控制3 个电机同步比较困难，很容易造成机器人整体重心偏移难以控制。

《仪器仪表学报》2008年4月第29卷第4期增刊592-595页公开了一种《绝缘子检测机器人步法设计及控制系统实现》，该技术利用机器人对绝缘子进行在线自动检测很好地解决了高压输电线路绝缘子低值检测问题。给出了三组并行卡爪攀援式检测机器人机械结构， 对机器人沿垂直绝缘子串自动往返行走原理进行分析，设计了其行走步法，并完成了多电机多传感器自动控制系统，行走实验结果验证了机器人步法规划及控制系统的有效性。此机器人在绝缘子上运动时，也是联接三片绝缘子片，而且整体结构尺寸较大，工人携带不便。 

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种绝缘子串智能检测机器人系统及其控制方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种绝缘子串智能检测机器人系统，包括两组对称设置的驱动机构，两驱动机构相对一侧通过抱紧机构铰接，相对另一侧上分别通过夹块固定安装有一个导向臂，抱紧机构上安装有绝缘子检测仪，其中一个夹块上安装有电控盒，电控盒中设有与驱动机构、抱紧机构和绝缘子检测仪电连接的控制系统；

所述每组驱动机构均包括两个对称设置的导向臂，两导向臂的同一侧均固定安装有一插架，两插架之间分别通过上下设置的两个固定轴相连，所述两个固定轴上分别设置有一组攀爬机构，且两组攀爬机构交错设置；

所述每组攀爬机构均包括一个电机、一个连接法兰和一对攀爬臂，所述电机固定于电机固定座上，电机固定座设置于固定轴一端，电机输出轴上安装有一个小齿轮，连接法兰组装在固定轴上，连接法兰的两端分别固定安装有一个攀爬臂，与电机固定座相临的攀爬臂外侧固定安装有一个大齿轮，且大齿轮与小齿轮啮合；

所述攀爬臂呈“一”字型布置，其中部组装于连接法兰上，两端上分别设有一对滚轮。

所述电机为伺服电机；

所述抱紧机构包括一弧形板和电动推杆，所述弧形板左右两侧通过合页铰接于驱动机构的导向臂上，电动推杆位于弧形板外侧，电动推杆的两端分别铰接于电动推杆固定座上，电动推杆固定座固定于驱动机构的插架上；其中一个电动推杆固定座上固定安装有绝缘子检测仪。

所述电动推杆上安装有位置编码器。

所述导向臂共六个，且均匀分布。

所述控制系统包括中央控制器，中央控制器的端口分别与四路电机驱动PWM输出电路、传感器接口电路、ADC接口、信号发射接收电路（即信号发射接收电路）和绝缘子检测仪电路相连，所述ADC接口与电动推杆通信连接。

一种绝缘子串智能检测机器人系统的控制方法，步骤如下：

1）系统启动，电机位置初始化；

2）将机器人系统放置到绝缘子串上，发送抱紧命令，中央控制器驱动电动推杆推动抱紧机构执行抱紧动作；

3）机器人系统在绝缘子串上工作，中央控制器驱动两组驱动机构沿绝缘子串移动到检测位置；

4）中央控制器向绝缘子检测仪发送检测信息，绝缘子检测仪通过探针的摆动完成绝缘子串阻值检测工作；

5）在机器人上行过程当中，中央控制器还通过传感器接口电路读取限位开关状态，如果机器人到达绝缘子串边缘，限位开关读取到机器人位置信息并传递给中央控制器，中央控制器立刻停止驱动电机转动，并给绝缘子检测仪发送探针复位信息；至此，一次完整检测过程结束。

所述步骤1）中系统启动后，各功能模块启动完毕，电机带动每组驱动机构的两组攀爬机构转动，待两组攀爬机构的攀爬臂到达初始位置时停止，此时，两组攀爬机构的攀爬臂之间的夹角成90度，能够保证机器人系统不至于从绝缘子串上脱落。

所述步骤2）中机器人系统放置到绝缘子串上后，用户发送抱紧命令，发射接收电路将用户命令传递给中央控制器，中央控制器驱动电动推杆推动弧形板产生抱紧动作；于此同时，中央控制器通过ADC接口电路，时刻监控电动推杆的位置，待弧形板到达设定位置后，中央控制器切断电动推杆的电源，完成抱紧动作；为了用户操作机器人系统的安全性，在机器人本体尚未完全抱紧绝缘子串之前，机器人系统不能执行任何其他用户命令；同时抱紧时采用电流闭环控制抱紧力度的方法，即机器人在抱紧过程当中，中央控制器时钟监控电动推杆的驱动电流，当抱紧力度达到预定抱紧强度时，中央控制器根据抱紧电机电流陡增以及电动推杆位置信息的情况，及时切断抱紧电动推杆电源，保证抱紧的力度的可靠。

所述步骤3）中，上行时，就其中一组驱动机构来说，电机驱动攀爬臂转动，其位置信息由位置传感器接口将位置信息传递给中央控制器，中央控制器通过对攀爬臂的位置信息判断，待第一对攀爬臂到达限位位置时，与其相连的第一电机立刻停止转动；与此同时，第二电机开始转动，带动第二对攀爬臂转动，待第二对攀爬臂到达限位位置后；第一电机重新启动，开始下一轮循环；由于机器人系统整体采用了对称式的结构设计，这两组驱动机构的运行完全一样；机器人系统本体也会伴随着两组驱动机构的同步运行而完成上行动作。

机器人系统的攀爬方式采用对称式四组攀爬臂交替攀爬的方式，这种攀爬方式能够最大程度的减小机器人系统攀爬直径，增强机器人系统对不同绝缘子串的适应能力；同时对四个电机的控制采用速度闭环和位置闭环两种控制方式，所谓速度闭环，中央控制器通过采集电机轴实际转速与设定的速度值进行比较，通过对实际转速和设定速度的比较，通过经典增量式PID算法，输出占空比可调的PWM，通过驱动电路完成对电机转轴的速度闭环。所谓位置闭环，就是在速度闭环的基础之上，通过对实际累计位移与设定位移的比较，通过PI算法输出设定速度与时间的关系，达到电机位置精确控制。两种控制方式相互矫正。

所述步骤4）中，中央控制器通过对四组攀爬臂位置信息判断，如果攀爬臂到达检测位置，中央控制器向绝缘子检测仪发送检测信息，绝缘子检测仪通过探针的摆动完成绝缘子串阻值检测工作；绝缘子检测仪的探针采用基于RS485总线的位置闭环控制方法，即电机在执行攀爬转动之前，中央控制器会首先查询摆动电机位置，只有保证了探针处于初始位置而且运动已经停止的状态下才控制电机旋转。

本发明的驱动机构中两个插架分别安装于各自的导向臂上，两个插件之间分别由两个固定轴所连接，连接法兰的两端分别连接一个攀爬臂，连接法兰同攀爬臂整体组装在固定轴上，一个攀爬臂的一面与大齿轮固定，可以在固定轴上自由旋转，电机固定座组装在固定轴上，伺服电机安装于所述的电机安装座上，伺服电机带动小齿轮驱动大齿轮，由于大齿轮和两个攀爬臂及连接法兰为一个整体组装在固定轴上，随即完成整个攀爬臂以固定轴为中心的旋转工作；两组攀爬臂之间相互交错，减小了驱动部分的整体结构；驱动机构总计两组，分别对称的布置于绝缘子串的两侧，两组驱动机构同时由电机带动旋转，完成机器人在绝缘子上的上行及下行动作。

抱紧机构由一弧形板、电动推杆、推杆固定座组成。电动推杆的两端分别固定于推杆固定座上，推杆可以完成伸缩动作，弧形板的两端分别与驱动机构的导向臂铰接，当推杆伸缩时，由于弧形板与导向臂为铰接结构，当推杆伸出后推杆固定座连同驱动机构整体沿着轴向旋转，完成对绝缘子串的抱紧动作；

导向部件为平行于支架轴向设置的6个导向臂，并沿支架轴向均置。6个导向臂，每一驱动机构的两端各配置有一个，位于连接端的一对导向臂用于连接所述的插架及合页件，且这两个导向臂被刚性连接。

绝缘子带电检测机器人攀爬方式为采用两轴小臂交替驱动的攀爬方式。所述机器人攀爬臂为“一”字型结构。每个小臂端部带有可增强小臂攀爬适应性能的一对滚轮。

攀爬臂分别由单独驱动电机驱动且两轴电机对称地分居于机壳两侧。绝缘子带电检测机器人抱紧装置采用一个个电动推杆伸缩抱紧方式。电动推杆分别装有位置编码器。

本发明检测部件为智能绝缘子检测仪，直连于一旋转电机轴上形成绕所述杆中心轴线转动的自由度，而旋转电机安装于检测仪的壳体内部，检测探针可以沿轴向旋转运动。

本发明的有益效果是:

1、采用对称双臂交替攀爬联动控制技术，能够最大程度的减小机器人系统攀爬直径，增强机器人系统对不同绝缘子串的适应能力，解决了架空输电线路均压环对绝缘子串机器人运行时高度的限制，同时解决了绝缘子整串检测的适应性和完整性的难题。

2、采用易更换可调节伸缩结构设计技术，实现了攀爬机构双转轴、绝缘子双串间距的适应性设计，从而解决了绝缘子串检测机器人在不同电压等级、不同线路上的使用。

3、采用速度闭环和位置闭环相互矫正的方式，实现了绝缘子串检测机器人精确控制，保证了机器人在上、下行的流畅性，解决了对异形绝缘子片的适应性。

4、在机器人上搭载摄像仪，实现了对绝缘子串的表面完整性检测及边缘检测。

5、整体结构紧凑，与绝缘子串接触较少，对绝缘子瓷片的涂层磨损小，便于工人上塔携带及检测；

附图说明

图1为本发明的一种驱动机构示意图； 

图2为本发明的整机机构示意图；

图3本发明结构示意图；

图4为发明工作状态示意图；

图5为本发明的控制框图；

图6为本发明的控制流程图；

    图7为本发明的A/D采集模块电流图；

图8为本发明的无线通讯模块电路图；

图9为本发明的电机驱动电路图；

图10为本发明的传感器接口电路；

图中：1.滚轮，2.第一攀爬臂，3.第一导向臂，4.第二固定轴，5.第一连接法兰，6.第一插架，7.第一大齿轮，8.第一电机固定座，9.第一小齿轮，10.第一驱动电机，11.第二攀爬臂，12.第三攀爬臂，13.第二导向臂，14.第二连接法兰，15.第一固定轴，16.第二插架，17.第四攀爬臂，18.第二大齿轮，19.第二电机固定座，20.第二小齿轮，21.第二驱动电机，22.第三导向臂，23.第一夹块，24.电控盒，25.第四导向臂，26.第二夹块，27.第一销轴，28.第一合页件，29.第一电动推杆固定座，30.第二合页件，31.弧形板，32.电动推杆，33.第二销轴，34.第三合页件，35.探针，36.推杆，37. 销钉，38.绝缘子检测仪，39.第二电动推杆固定座。40.限位开关。

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2、3所示，绝缘子串智能检测机器人系统，包括两组对称设置的驱动机构，两驱动机构相对一侧通过抱紧机构铰接，相对另一侧上分别通过夹块（第一夹块23或第二夹块26）固定安装有一个导向臂（第三导向臂22或第四导向臂25），抱紧机构上安装有绝缘子检测仪38，其中一个夹块上安装有电控盒24，电控盒24中设有与驱动机构、抱紧机构和绝缘子检测仪电连接的控制系统。

如图1所示，每组驱动机构均包括两个对称设置的导向臂（即第一导向臂3、第二导向臂13），两导向臂的同一侧均固定安装有一插架（即第一插架6、第二插架16），两插架之间分别通过上下设置的两个固定轴（即第一固定轴15、第二固定轴4）相连，所述两个固定轴上分别设置有一组攀爬机构，且两组攀爬机构交错设置。整组系统导向臂共六个，且均匀分布。

每组攀爬机构均包括一个电机（第一驱动电机10或第二驱动电机21）、一个连接法兰（第一连接法兰5或第二连接法兰14）和一对攀爬臂（第一攀爬臂2与第四攀爬臂17，或第二攀爬臂11与第三攀爬臂12），所述电机固定于电机固定座（第一电机固定座8或第二电机固定座19）上，电机固定座设置于固定轴一端，电机输出轴上安装有一个小齿轮（第一小齿轮9或第二小齿轮20），连接法兰组装在固定轴上，连接法兰的两端分别固定安装有一个攀爬臂，与电机固定座相临的攀爬臂外侧固定安装有一个大齿轮（第一大齿轮7或第二大齿轮18），且大齿轮与小齿轮啮合。

攀爬臂呈“一”字型布置，其中部组装于连接法兰上，两端上分别设有一对滚轮1。电机为伺服电机。

如图2、3所示，抱紧机构包括一弧形板31和电动推杆32，所述弧形板31左右两侧通过合页（第一合页件28、第二合页件30、第三合页件34、第四合页件）铰接于驱动机构的导向臂上，电动推杆32位于弧形板31外侧，电动推杆32的一端铰接于第一电动推杆固定座29上、电动推杆32的推杆36通过销钉37安装于第二电动推杆固定座39上，电动推杆固定座固定于驱动机构的插架上；其中一个电动推杆固定座上固定安装有绝缘子检测仪38。电动推杆上安装有位置编码器。第一合页件28和第二合页件30通过第一销轴27连接；第三合页件34与固定于驱动机构的导向臂的第四合页件通过第二销轴33连接。

如图5所示，控制系统包括中央控制器，中央控制器的端口分别与四路电机驱动PWM输出电路、传感器接口电路、ADC接口、无线通讯模块电路（即信号发射接收电路）和绝缘子检测仪电路相连，所述ADC接口与电动推杆通信连接。

参见说明书附图4，图示了一种基于本发明的绝缘子带电检测机器人在悬垂绝缘子串上的使用，但并不表示该机器人只能在悬垂绝缘子串上使用，在后续的内容中能够清楚地表征出，依据本发明的绝缘子带电检测机器人，其结构决定了其可以应用于其他类型的绝缘子串的检测。

那么，一个具体实施例为该绝缘子带电检测机器人，包括：

支架，如图2所示，匹配绝缘子大径的外圆轮廓，导向臂的半包围结构通过设置的伸缩段使导向臂具有一定的运动，从而可以把整个绝缘子检测机器人组在绝缘子串上，并通过伸缩段的伸缩控制，把导向臂可靠的定位在绝缘子片的表面，

加以匹配的，该机器人配置支撑所述抱紧结构的导向部件，形成支架在绝缘子上的支撑，如图1中所示的第一导向臂3、第二导向臂13、第三导向臂22和第四导向臂25，这些支架都是导向臂结构，中部为滑板，两端翘曲。对应地，将其装置在所述支架上，具有平整滑动面的滑动部，如第一导向臂3的在图1中的竖直部分，以及接合在滑动部两端的翘曲的导向部。如图4所示，绝缘子母线为曲线，整体为回转体，为了满足可靠的导向，所述翘曲部分必不可少。

显然，为了提供所需要的沿绝缘子串轴向的移动，还包括驱动机构，其插架连接于所述导向臂上，如图1所示，且被电机驱动的齿轮组座于所述插架，安装在该转轴上的攀爬部件为沿转轴径向延伸的攀爬部件，并在转轴一转角状态，至少有一个攀爬部件向支架内侧延伸，滚轮与绝缘子片的表面相接触，并保证驱动的持续性。

进而，打造检测机构，该检测机构含有一个且周向均置在所述支架上，其检测部件在支架横剖平面杆性延伸，具有在支架横剖面内摆动的自由度和绕杆性轴线转动的自由度，以及驱动所述检测部件的电机，驱动旋转的电机内置于检测仪盒子的内部，从而通过摆动形成检测探针的转动，通过检测探针与绝缘子片中心铸铁件的接触，完成检测动作。

应当理解，所述导向部件为实质的支撑部件，但需要说明的是，包括前述的支架，在机构分析中，是作为相应机构中相对固定的构件，因此，在一个装置或者设备中所说的各个传动机构中的机架，可能整体上是一个基体，在本文中的具体应用中，也按照机械领域中关于机架的常规理解。

在图2所示的结构中，所述支架由两个驱动机构通过伸缩组件连接构成的一个环臂结构，如图中所示的弧形板31、电动推杆32所构成，其中弧形板31作为所述环臂结构的连接基体，电动推杆32为环臂结构的伸缩短，通过电动推杆32的伸缩可以完成整个支架的收放动作。

在下文中提到的连接端，应指导向臂与电动推杆连接的一端，非连接端则指环臂结构的另一端。

为了保证整体的结构刚度，如驱动机构的第一导向臂3、第二导向臂13为平行的两个导向臂分别与第一夹块23、第一合页件28连接，图中，第一推杆固定座29和第二推杆固定座39是一个伸缩总成的两个连接部分，推杆的前后端分别由销钉37与两个固定座相连接；采用环形结构相比于其他形成的约束回转体的结构会更加紧凑。

在上述的结构中，可以方便机器人装在绝缘子串上，不需要抻拉环臂，可以控制伸缩组件来完成将机器人的推装上位工作，开始工作前推杆伸出，将机器人轻松推装上位，然后推杆伸缩，完成抱紧绝缘子串动作，操作简便，安全性好。

导向部件为平行于支架轴向设置的导向臂，总计6个，并沿支架周向均置。在图2所示的结构中，含有6根导向臂，也就是如第三导向臂22、第四导向臂25，为两段翘曲结构，满足上下或者前后的移动。其中驱动结构两组，第一导向臂3、第二导向臂13即为导向部件也为结构部件；

如前所述，依据本发明的检测机器人可应用于悬垂绝缘子串和水平绝缘子串的检测，也满足对其他介于这两种绝缘子串的绝缘子串进行检测，主要是导向臂的抱合结构可以满足各种绝缘子串的定位，通过导向臂的支撑，形成具有可靠的导向的载具。

关于导向臂的长度，为了满足可靠的支撑，应当大于绝缘子串节距，最好大于等于一倍，但应当小于两倍，以减少对绝缘子串端面接触的数量。

如图1所示，用于安装所述驱动机构部分的两个第三导向臂22、第四导向臂25被刚性连接，如通过图2的第一夹块23、第一合页件28、第二合页件34 进行连接的第一导向臂3和第二导向臂13，保证连接框架的结构刚度，进而保证驱动机构的安装结构稳定性。

在图1所示的结构中，驱动机构包括电机固定座作为该驱动机构机架的输出轴电机，两输出轴对称地分居于机壳两侧，且每一输出轴上设有构成所述攀爬部件的两个一字型驱动架，也就是每个驱动架有2个攀爬臂，2个攀爬部件相互平行，无角度偏差，但两个驱动架之间有一定的偏差角度，可以保证可靠爬行。

为了减少对绝缘子的损伤，所述攀爬部件的顶端通过轴线平行于电机轴的销轴安装有轮架，在该轮架上设有一对滚轮1，如图1中所示的滚轮1，变滑动摩擦为滚动摩擦，减小摩擦系数。同时，摆动的轮架具有自适应调整作用，满足在以母线为曲线的回转体的绝缘子上爬行。

所述检测部件为探针35，直连于一旋转电机轴上形成绕所述杆性周线转动的自由度，而旋转电机内置于绝缘子检测仪的内部，形成在支架横剖面内摆动自由度。

依据上述结构，本发明设计采用一组检测装置，通过机器人配合驱动结构的上升和下降可以对绝缘子的下表面进行有效的检测，效率高；

1.通过伸缩结构，可以轻松的将机器人导入至与绝缘子抱紧的状态，该伸缩结构采用位置闭环控制，将绝缘子串抱紧，可靠性好。

2.通过双轴驱动爬行，两轴分别差速控制，保证机器人行走更加到位、可靠；

3.利用伺服电机作为驱动动力，保证爬行过程中停靠准确可靠；

4.其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。

下面说明机器人工作过程当中各功能部件之间的逻辑关系。

    机器人上电后，第一驱动电机10和第二驱动电机21分别带动上、下驱动架转动，待两轴分别转动到初始位置时停止。此时，两轴夹角成90度，可以保证机器人不至于从绝缘子串上脱落。

机器人放置到绝缘子串上，用户发送锁紧命令，发射接收电路将用户命令传递给中央控制器（MCU），中央控制器（MCU）驱动电动推杆32推动环臂单元产生抱紧动作。于此同时，中央控制器（MCU）通过ADC接口电路，时刻监控电动推杆32的位置，待环臂单元到达合适位置后，中央控制器（MCU）切断电动推杆32的电源，完成抱紧动作。为了用户操作机器人的安全性，在机器人本体尚未完全抱紧绝缘子串之前，机器人不能执行任何其他用户命令。

 机器人在绝缘子串上工作，上行时第一驱动电机10、第二驱动电机21分别驱动第二攀爬臂11、第三攀爬臂12以及第一攀爬臂2、第四攀爬臂17转动，其位置信息由位置传感器接口将位置信息传递给中央控制器（MCU），中央控制器通过对第二攀爬臂11、第三攀爬臂12、第一攀爬臂2、第四攀爬臂17的位置信息进行判断，待第二攀爬臂11、第三攀爬臂12到达限位位置时，第一驱动电机10立刻停止转动。与此同时，第二驱动电机21开始转动，带动第一攀爬臂2、第三攀爬臂17转动，待第一攀爬臂2、第四攀爬臂17到达限位位置后，驱动第一驱动电机10重新启动，开始下一轮循环。由于机器人整体采用了对称式的结构设计，由机器人整体结构可知，第一驱动电机10、第二驱动电机21的转动方式完全适用于对称的另外一组驱动机构。这两组驱动机构的运行完全一样。机器人本体也会伴随着两组驱动机构的同步运行而完成上行动作。

在机器人上行过程当中，中央控制器（MCU）通过对四轴攀爬臂位置信息进行判断，如果攀爬臂到达检测位置，中央控制器（MCU）向绝缘子检测仪发送检测信息，绝缘子检测仪38可通过探针35的摆动完成绝缘子串阻值检测工作。

在机器人上行过程当中，中央控制器（MCU）还通过传感器接口电路读取固定于每个插架上端面的限位开关40，通断状态以检测机器人攀爬臂转动的位置为目的。如果机器人到达绝缘子串边缘，限位开关读取到机器人位置信息并传递给中央控制器（MCU），中央控制器MCU立刻停止第一驱动电机10、第二驱动电机21转动并给绝缘子检测仪38发送探针35复位信息。至此，一次完整检测过程结束。

本发明的控制电路由中央控制器（MCU），驱动电机回路（4路），绝缘子检测仪回路，ADC接口，信号发射接收电路，传感器接口电路等组成。

为了增强机器人的攀爬适应性能，本发明攀爬方式采用对称式四个驱动轴交替攀爬的方式。这种攀爬方式能够最大程度的减小机器人攀爬直径，增强机器人对不同绝缘子串的适应能力，但此种攀爬方式对控制的要求大大提高。控制电路不但要满足机器人攀爬性能，还要求保证机器人安全，使得机器人不因重力或者摩擦等外因而发生坠落事故。为了解决上述难题，本发明控制电路部分对四个攀爬电机的控制采用速度闭环和位置闭环两种控制方式。所谓速度闭环，中央控制器通过采集电机轴实际转速与设定的速度值进行比较，通过对实际转速和设定速度的比较，通过经典增量式PID算法，输出占空比可调的PWM，通过驱动电路完成对电机转轴的速度闭环。所谓位置闭环，就是在速度闭环的基础之上，通过对实际累计位移与设定位移的比较，通过PI算法输出设定速度与时间的关系，达到电机位置精确控制。两种控制方式相互矫正，加上复杂攀爬算法，既保证了攀爬的效果，又保证了机器人的安全运行。

因为机器人的攀爬和检测过程是相互交叉进行，容易出现探针35卡在绝缘子片间隙而发生损坏乃至机器人坠落的危险。针对上述风险，控制电路采用的基于RS485总线的探针位置闭环控制方法。即电机组件在执行攀爬转动之前，中央控制器会首先查询摆动电机位置。只有保证了探针处于初始位置而且运动已经停止的状态下才控制电机组件旋转。

由于在现场环境下，绝缘子串本身有计较大的尺寸以及安装误差，这对本发明的抱紧装置提出了很大的考验。如果抱紧力度控制不到位，机器人有可能会发生坠落或者因抱太紧，摩擦力陡增而无法攀爬的危险。为了增强机器人对不同绝缘子串的适应性，保证机器人安全，本发明的抱紧方案采用电流闭环控制抱紧力度的方法。即机器人在抱紧过程当中，中央控制器时钟监控推杆本体的驱动电流，当抱紧力度达到预定抱紧强度时，中央控制器根据抱紧电机电流陡增以及推杆本体位置信息的情况，及时切断抱紧电机电源，保证抱紧的力度的可靠。

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)

1.一种绝缘子串智能检测机器人系统，其特征是，包括两组对称设置的驱动机构，两驱动机构相对一侧通过抱紧机构铰接，相对另一侧上分别通过夹块固定安装有一个导向臂，抱紧机构上安装有绝缘子检测仪，其中一个夹块上安装有电控盒，电控盒中设有与驱动机构、抱紧机构和绝缘子检测仪电连接的控制系统；

所述每组驱动机构均包括两个对称设置的导向臂，两导向臂的同一侧均固定安装有一插架，两插架之间分别通过上下设置的两个固定轴相连，所述两个固定轴上分别设置有一组攀爬机构，且两组攀爬机构交错设置；

所述导向臂共六个，且均匀分布；

所述抱紧机构包括一弧形板和电动推杆，所述弧形板左右两侧通过合页铰接于驱动机构的导向臂上，电动推杆位于弧形板外侧，电动推杆的两端分别铰接于电动推杆固定座上，电动推杆固定座固定于驱动机构的插架上；其中一个电动推杆固定座上固定安装有绝缘子检测仪。

2.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述每组攀爬机构均包括一个电机、一个连接法兰和一对攀爬臂，所述电机固定于电机固定座上，电机固定座设置于固定轴一端，电机输出轴上安装有一个小齿轮，连接法兰组装在固定轴上，连接法兰的两端分别固定安装有一个攀爬臂，与电机固定座相邻的攀爬臂外侧固定安装有一个大齿轮，且大齿轮与小齿轮啮合。

3.如权利要求2所述的系统，其特征是，所述攀爬臂呈“一”字型布置，其中部组装于连接法兰上，两端上分别设有一对滚轮。

4.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述电动推杆上安装有位置编码器。

5.如权利要求1所述的系统，其特征是，所述控制系统包括中央控制器，中央控制器的端口分别与四路电机驱动PWM输出电路、传感器接口电路、ADC接口、无线通讯模块电路和绝缘子检测仪电路相连，所述ADC接口与电动推杆通信连接。

6.一种绝缘子串智能检测机器人系统的控制方法，其特征是，步骤如下：

1）系统启动，电机位置初始化；

所述系统启动后，各功能模块启动完毕，电机带动每组驱动机构的两组攀爬机构转动，待两组攀爬机构的攀爬臂到达初始位置时停止，此时，两组攀爬机构的攀爬臂之间的夹角成90度，能够保证机器人系统不至于从绝缘子串上脱落；

2）将机器人系统放置到绝缘子串上，发送抱紧命令，中央控制器驱动电动推杆推动抱紧机构执行抱紧动作；

3）机器人系统在绝缘子串上工作，中央控制器驱动两组驱动机构沿绝缘子串移动到检测位置；

4）中央控制器向绝缘子检测仪发送检测信息，绝缘子检测仪通过探针的摆动完成绝缘子串阻值检测工作；

5）在机器人上行过程当中，中央控制器还通过传感器接口电路读取限位开关状态，如果机器人到达绝缘子串边缘，限位开关读取到机器人位置信息并传递给中央控制器，中央控制器立刻停止驱动电机转动，并给绝缘子检测仪发送探针复位信息；至此，一次完整检测过程结束。

7.如权利要求6所述的方法，其特征是，所述步骤2）中机器人系统放置到绝缘子串上后，用户发送抱紧命令，发射接收电路将用户命令传递给中央控制器，中央控制器驱动电动推杆推动弧形板产生抱紧动作；与此同时，中央控制器通过ADC接口电路，时刻监控电动推杆的位置，待弧形板到达设定位置后，中央控制器切断电动推杆的电源，完成抱紧动作；为了用户操作机器人系统的安全性，在机器人本体尚未完全抱紧绝缘子串之前，机器人系统不能执行任何其他用户命令；同时抱紧时采用电流闭环控制抱紧力度的方法，即机器人在抱紧过程当中，中央控制器始终监控电动推杆的驱动电流，当抱紧力度达到预定抱紧强度时，中央控制器根据抱紧电机电流陡增以及电动推杆位置信息的情况，及时切断抱紧电动推杆电源，保证抱紧的力度的可靠。

8.如权利要求6所述的方法，其特征是，所述步骤3）中，上行时，就其中一组驱动机构来说，电机驱动攀爬臂转动，其位置信息由位置传感器接口将位置信息传递给中央控制器，中央控制器通过对攀爬臂的位置信息判断，待第一对攀爬臂到达限位位置时，与其相连的第一电机立刻停止转动；与此同时，第二电机开始转动，带动第二对攀爬臂转动，待第二对攀爬臂到达限位位置后，第一电机重新启动，开始下一轮循环；由于机器人系统整体采用了对称式的结构设计，这两组驱动机构的运行完全一样；机器人系统本体也会伴随着两组驱动机构的同步运行而完成上行动作；

机器人系统的攀爬方式采用对称式四组攀爬臂交替攀爬的方式，这种攀爬方式能够最大程度地减小机器人系统攀爬直径，增强机器人系统对不同绝缘子串的适应能力；同时对四个电机的控制采用速度闭环和位置闭环两种控制方式，两种控制方式相互矫正；所谓速度闭环，中央控制器通过采集电机轴实际转速与设定的速度值进行比较，通过对实际转速和设定速度的比较，通过经典增量式PID算法，输出占空比可调的PWM，通过驱动电路完成对电机转轴的速度闭环；所谓位置闭环，就是在速度闭环的基础之上，通过对实际累计位移与设定位移的比较，通过PI算法输出设定速度与时间的关系，达到电机位置精确控制。

9.如权利要求6所述的方法，其特征是，所述步骤4）中，中央控制器通过对四组攀爬臂位置信息判断，如果攀爬臂到达检测位置，中央控制器向绝缘子检测仪发送检测信息，绝缘子检测仪通过探针的摆动完成绝缘子串阻值检测工作；绝缘子检测仪的探针采用基于RS485总线的位置闭环控制方法，即电机在执行攀爬转动之前，中央控制器会首先查询摆动电机位置，只有保证了探针处于初始位置而且运动已经停止的状态下才控制电机旋转。