CN103926489A - 输电线路零值绝缘子带电检测机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路零值绝缘子带电检测机器人，其包括绝缘连杆、检测指针、电源装置、旋转驱动装置、测控系统和两个用于抓住绝缘子钢帽的机械手，两机械手分别安装在绝缘连杆的两端并分别由一旋转驱动装置驱动在同一平面内绕绝缘连杆的各端翻转，两机械手分别由一相应的手爪电机控制抓住绝缘子钢帽，检测指针安装在绝缘连杆上并由一指针电机驱动绕绝缘连杆的轴线旋转与绝缘子钢帽接触采集数据，电源装置安装在绝缘连杆上控制各手爪电机、指针电机和旋转驱动装置的开关，测控系统安装在绝缘连杆上控制各手爪电机、指针电机和旋转驱动装置旋转。本发明结构简单，准确率高，适用于水平绝缘子串、悬垂绝缘子串及V型绝缘子串。

Description

输电线路零值绝缘子带电检测机器人

技术领域

本发明涉及一种高压、超高压和特高压交直流输电线路的检测装置，尤其涉及一种输电线路零值绝缘子带电检测机器人。

背景技术

绝缘子是架空高压输电线路上用于导线与铁塔绝缘连接的装置，且是用量最大的绝缘体之一，尤其是对老旧线路更是如此。当绝缘子串中存在低值或者零值绝缘子时，在污秽环境、过电压甚至工作电压下就极易发生闪络事故，为保证高压输电线路的电气安全，在高压输电线路运行一段时间后，需要随时对高压输电线路绝缘子的性能进行带电检测。

目前我国对高压输电线路零值或低值绝缘子的检测主要包括以下几种方法：一、通过人工用高倍望远镜对绝缘子串进行目测，该方法不能正确的判断绝缘子内部缺陷导致的零值绝缘子；

二、采用火花间隙针检测零值绝缘子，该方法需要人工操作来检测，通过听放电声音来判断，准确度不高，且每次需要提前调整火花间隙距离，工作量大，不适合绝缘子量大的线路检测工作；

三、采用红外线成像仪根据温度的变化来检测，该方法受气象条件、外界热源干扰等影响，不能准确判断且造价昂贵；

四、近年发明的一种具有双履带轮结构的绝缘子检测机器人，其行走机构采用两个履带轮的形式，只能沿水平双串绝缘子串行走，无法检测水平单串耐张绝缘子串、悬垂绝缘子串及V型绝缘子串，且为了保证机器人能可靠运行，通常需要在行进方向设置一辅助导向机构，结构比较复杂；

五、采用飞行检测机器人通过导航定位和图像捕捉来检测零值绝缘子，由于飞行机器人稳定性不好控制，图像捕捉不能准确判断由内部缺陷而引起的低值或零值绝缘子，且造价高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、轻便，操作方便，准确率高，能够适用于水平绝缘子串、悬垂绝缘子串及V型绝缘子串的输电线路零值绝缘子带电检测机器人。

本发明提供的这种输电线路零值绝缘子带电检测机器人，包括绝缘连杆、检测指针、电源装置、旋转驱动装置、测控系统和两个用于抓住绝缘子钢帽的机械手一及机械手二，所述机械手一和机械手二分别安装在绝缘连杆的两端并分别由一旋转驱动装置驱动在同一平面内绕绝缘连杆的各端翻转，所述机械手一由一手爪电机一控制抓住绝缘子钢帽，所述机械手二由一手爪电机二控制抓住绝缘子钢帽，所述检测指针安装在绝缘连杆上并由一指针电机驱动绕绝缘连杆的轴线旋转与绝缘子钢帽接触分别与机械手一、机械手二构成各自的检测回路，用于检测对应的绝缘子两端的电压，并将单片绝缘子两端的电压输入到测控系统中实现单片绝缘子两端的电压采集数据，所述电源装置安装在绝缘连杆上与手爪电机一、手爪电机二、指针电机和旋转驱动装置相连并为其提供驱动电源，所述测控系统安装在绝缘连杆上控制手爪电机一、手爪电机二、指针电机和旋转驱动装置旋转。

为使本发明中的检测指针可自由旋转不受约束，所述绝缘连杆包括上伸缩杆和下伸缩杆，上、下伸缩杆之间通过一C型指针电机支承架固定连接，所述指针电机安装在该C型指针电机支承架内驱动检测指针绕上下伸缩杆的竖直轴线作水平旋转与绝缘子钢帽接触分别与机械手一、机械手二构成各自的检测回路，用于检测对应的绝缘子两端的电压，并将单片绝缘子两端的电压输入到测控系统中实现单片绝缘子两端的电压采集数据，。

为使本发明中机械手的开合更为平稳、磨损小，所述机械手一还包括滚珠丝杆一、机械手支承架一和对称安装在该机械手支承架一前端的一对活动手爪一，所述手爪电机一安装在机械手支承架一上，所述滚珠丝杆一的螺杆可轴向旋转的安装在机械手支承架一，该滚珠丝杆一的螺母前端两侧各设有一坡面一，所述活动手爪一的手柄端通过定位销轴活动安装在机械手支承架一的前端，在所述定位销轴前端的两活动手爪一的手柄之间连接有一压缩弹簧一控制各活动手爪一的自动打开，在所述活动手爪一的手柄端的后端设有一与滚珠丝杆一的螺母前端坡面一相对应的斜面一，所述手爪电机一的输出轴与所述滚珠丝杆一的螺杆后端连接驱动其旋转，所述滚珠丝杆一的螺母直线移动通过其前端的坡面一推动所述活动手爪一后端的斜面一反向滑动控制活动手爪一绕定位支点旋转开合。

为使本发明中机械手的开合更为平稳、磨损小，所述机械手二还包括滚珠丝杆二、机械手支承架二和对称安装在该机械手支承架二前端的一对活动手爪二，所述手爪电机二安装在机械手支承架二上，所述滚珠丝杆二的螺杆可轴向旋转的安装在机械手支承架二，该滚珠丝杆二的螺母前端两侧各设有一坡面二，所述活动手爪二的手柄端通过定位销轴活动安装在机械手支承架二的前端，在所述定位销轴前端的两活动手爪二的手柄之间连接有一压缩弹簧二控制各活动手爪二的自动打开，在所述活动手爪二的手柄端的后端设有一与滚珠丝杆二的螺母前端坡面二相对应的斜面二，所述手爪电机二的输出轴与所述滚珠丝杆二的螺杆后端连接驱动其旋转，所述滚珠丝杆二的螺母直线移动通过其前端的坡面二推动所述活动手爪二后端的斜面二反向滑动控制活动手爪二绕定位支点旋转开合。

为保证本发明检测指针旋转不受限制的同时C型指针电机支承架的刚度足够强，在所述C型指针电机支承架的两侧各设有一竖直加强筋。

为使本发明的结构更为简单合理，所述旋转驱动装置包括两个旋转电机支承架和安装在各旋转电机支承架上的旋转电机，各所述旋转电机支承架分别安装在绝缘连杆的两端，所述机械手支承架一通过一转轴一活动安装在绝缘连杆的一端并由相应的旋转电机通过齿轮转动驱动绕转轴一翻转，所述机械手支承架二通过一转轴二活动安装在绝缘连杆的另一端并由相应的旋转电机通过齿轮转动驱动绕转轴二翻转，所述转轴一和转轴二相互平行的布置在绝缘连杆的两端，所述机械手支承架一和机械手支承架二在同一平面内翻转。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过将两个机械手安装在绝缘连杆两端，利用测控系统控制各相关电机的联动，使一机械手抓住绝缘子钢帽后，另一机械手可随绝缘连杆绕已闭合的机械手与绝缘连杆的连接点向绝缘子串的上方或下方翻转，实现自动上下爬行，结构简单，移动速度快，能够适用于水平绝缘子串、悬垂绝缘子串及V型绝缘子串的运动。

2、通过将检测指针在绝缘连杆的中间，利用测控系统控制相关电机工作，使检测指针与绝缘子相接进行自动电气指标检测，不受气象条件、外界热源干扰，可正确的判断绝缘子内部缺陷导致的低值或零值绝缘子，造价低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明机械手一闭合时的局部剖视结构示意图。

图3为本发明机械手二打开时的局部剖视结构示意图。

图4为本发明运动分解图一。

图5为本发明运动分解图二。

图6为本发明运动分解图三。

图7为本发明运动分解图四。

图8为本发明运动分解图五。

图9为本发明运动分解图六。

具体实施方式

从图1至图3可以看出，本发明这种输电线路零值绝缘子带电检测机器人，包括绝缘连杆1、检测指针4、电源装置5、旋转驱动装置6、测控系统7和两个用于抓住绝缘子钢帽的机械手一2及机械手二3，其中绝缘连杆1包括上伸缩杆11、C型指针电机支承架12和下伸缩杆13，机械手一2包括一对活动手爪一21、滚珠丝杆一22、手爪电机一23、机械手支承架一24和压缩弹簧一25，机械手二3包括一对活动手爪二31、滚珠丝杆二32、手爪电机二33、机械手支承架二34和压缩弹簧二35，旋转驱动装置6包括两个旋转电机支承架61和安装在各旋转电机支承架61上的旋转电机62，C型指针电机支承架12固定连接在上伸缩杆11和下伸缩杆13之间，在C型指针电机支承架12的两侧各设有一竖直加强筋121，活动手爪一21的手柄端各通过一定位销轴水平且对称的安装在机械手支承架一24前端，滚珠丝杆一22的螺杆可轴向旋转的水平安装在两活动手爪一21后端之间的机械手支承架一24上，手爪电机一23安装在机械手支承架一24上，旋转机械手支承架一24上固接有转轴一241，该转轴一241的轴心与活动手爪一21的定位销轴的轴心相垂直，转轴一241的两端活动安装在上伸缩杆11的上端，压缩弹簧一25连接于定位销轴前端的两活动手爪一21的手柄之间控制各活动手爪一21的自动打开，在滚珠丝杆一22的螺母前端两侧各设有一坡面一221，在各活动手爪一21的手柄端的后端设有一与滚珠丝杆一22的螺母前端坡面一221相对应的斜面一211，手爪电机一23的输出轴与滚珠丝杆一22的螺杆后端连接驱动其轴向旋转，滚珠丝杆一22的螺杆带动其螺母沿轴向水平移动，滚珠丝杆一22的螺母直线前移通过其前端的坡面一221推动活动手爪一21后端的斜面一211反向滑动，控制活动手爪一21绕定位支点旋转闭合抓住绝缘子钢帽，活动手爪二31的手柄端各通过一定位销轴水平且对称的安装在机械手支承架二34上，滚珠丝杆二32的螺杆可轴向旋转的水平安装在两活动手爪一21后端之间的机械手支承架二34上，手爪电机二33安装在机械手支承架二34上，机械手支承架二34上固接有转轴二341，该转轴二341的轴心与活动手爪二31的定位销轴的轴心相垂直，转轴二341的两端活动安装在下伸缩杆13的下端并与转轴一241相互平行，压缩弹簧二35连接于定位销轴前端的两活动手爪二31的手柄之间控制各活动手爪二31的自动打开，在滚珠丝杆二32的螺母前端两侧各设有一坡面二321，在各活动手爪二31的手柄端的后端设有一与滚珠丝杆二32的螺母前端坡面二321相对应的斜面二311，手爪电机二33的输出轴与滚珠丝杆二32的螺杆后端连接驱动其轴向旋转，滚珠丝杆二32的螺杆带动其螺母沿轴向水平移动，滚珠丝杆二32的螺母直线前移通过其前端的坡面二321推动活动手爪二31后端的斜面二311反向滑动，控制活动手爪二31绕定位支点旋转闭合抓住绝缘子钢帽，检测指针4通过一指针电机41安装在绝缘连杆1的C型指针电机支承架12上并由该指针电机41驱动绕绕上、下伸缩杆的竖直轴线作水平旋转与绝缘子钢帽接触分别与机械手一2、机械手二3构成各自的检测回路，用于检测对应的绝缘子两端的电压，并将单片绝缘子两端的电压输入到测控系统7中实现单片绝缘子两端的电压采集数据，各旋转电机支承架61分别安装在上伸缩杆11的上端与下伸缩杆13的下端，在各旋转电机62的输出轴套装有一电机齿轮，在转轴一241和转轴二341的相应处套装有一与电机齿轮相啮合的机械手齿轮，机械手支承架一24由相应的旋转电机62通过齿轮转动驱动其绕转轴一241在上伸缩杆11的上端翻转，机械手支承架二34由相应的旋转电机62通过齿轮转动驱动绕转轴二341在下伸缩杆13的下端翻转，机械手支承架一24和机械手支承架二34在同一平面内翻转，电源装置5包括固定支架和安装在该固定支架上的锂电池，固定支架固定安装在绝缘连杆1的上伸缩杆11或下伸缩杆13上，电源装置5的锂电池与手爪电机一23、手爪电机二33、指针电机41和各旋转电机62相连控制其开启或关闭，测控系统7安装在绝缘连杆1上并控制手爪电机一23、手爪电机二33、指针电机41和各旋转电机62的旋转。

在本发明中，测控系统7的整体功能首先是控制器根据遥控器发送来的指令对机器人各电机的动作进行控制，待两个机械手抓牢绝缘子钢帽后，检测指针旋转与绝缘子相接，数据采集模块采集绝缘子间电压信号并送至控制器，然后再由控制器对数据进行计算和结果的判断；如果得出绝缘子是零值的结果就通过蜂鸣器报警提醒相关人员，并同时把相关数据无线发送到地面站计算机，接收到的数据可以导入导出数据库进行备份和历史分析，从而可以方便查询整个杆塔的绝缘子串的数据，判断出劣化绝缘子的位置。

以悬垂绝缘子串为例，本发明的工作过程如下：

1、人工将本发明的机器人带上杆塔，将机械手一2的活动手爪一21套住第一片绝缘子钢帽，开启电源装置5，使手爪电机一23、手爪电机二33、指针电机41和各旋转电机62通电开启。

2、杆塔上的工作人员示意地面遥控操作员发送启动信号，测控系统7接收处理信号并控制手爪电机一23工作驱动滚珠丝杆一22的螺杆轴向旋转，滚珠丝杆一22的螺杆带动其螺母沿轴向水平前移，滚珠丝杆一22的螺母直线前移通过其前端的坡面一221推动活动手爪一21后端的斜面一211反向滑动，控制活动手爪一21绕定位支点旋转闭合直至机械手一2抓住绝缘子钢帽，如图4所述。

3、测控系统7控制下伸缩杆13上的旋转电机62工作，通过齿轮转动驱动机械手二3绕转轴二341的轴心向绝缘子串下方翻转并与绝缘连杆1成90°夹角，如图5所示。

4、测控系统7控制上伸缩杆11上端的旋转电机62工作，通过齿轮转动驱动绝缘连杆1绕转轴一241的轴心向下方的绝缘子串翻转90°，由于相邻绝缘子之间存在一定空间，能避免绝缘连杆1旋转过程中，相邻绝缘子对机械手二3的卡塞。

5、待机械手二3的活动手爪二31套住下方第3片绝缘子的钢帽，测控系统7控制手爪电机二33工作驱动滚珠丝杆二32的螺杆轴向旋转，滚珠丝杆二32的螺杆带动其螺母沿轴向水平前移，滚珠丝杆二32的螺母直线前移通过其前端的坡面二321推动活动手爪二31后端的斜面二311反向滑动，控制活动手爪二31绕定位支点旋转闭合直至机械手二3抓住绝缘子钢帽。

6、测控系统7控制指针电机41工作，使检测指针4在水平面内旋转接触中间绝缘子的钢帽，分别与机械手一2、机械手二3构成各自的检测回路，检测第1、2片绝缘子两端的电压，并将单片绝缘子两端的电压输入到测控系统7中进行自身存储及发送至地面工作台，如图6所示。

7、当本次数据采集完成后，测控系统7控制指针电机41工作，使检测指针4在水平面内旋转离开该绝缘子的钢帽。

8、测控系统7控制手爪电机一23反向工作驱动滚珠丝杆一22的螺杆轴向反转，滚珠丝杆一22的螺杆带动其螺母沿轴向水平后移，压缩弹簧一25复位控制各活动手爪一21绕定位支点反转打开直至机械手一2松开第1片绝缘子钢帽。

9、测控系统7控制下伸缩杆13上的旋转电机62工作，通过齿轮转动驱动绝缘连杆1绕转轴二341的轴心向绝缘子串外侧旋转45°，使机械手一2的活动手爪一21离开绝缘子串，如图7所示。

10、测控系统7控制上伸缩杆11上的旋转电机62工作，通过齿轮转动驱动机械手一2绕转轴二241的轴心向绝缘子串外侧翻转180°，如图8所示，准备下一次的抓取动作。

11、测控系统7控制下伸缩杆13上的旋转电机62工作，通过齿轮转动驱动绝缘连杆1绕转轴二341的轴心向绝缘子串外侧翻135°，将机械手一2套住第5片绝缘子的钢帽。

12、测控系统7控制手爪电机一23工作驱动滚珠丝杆一22的螺杆轴向旋转，滚珠丝杆一22的螺杆带动其螺母沿轴向水平前移，滚珠丝杆一22的螺母直线前移通过其前端的坡面一221推动活动手爪一21后端的斜面一211反向滑动，控制活动手爪一21绕定位支点旋转闭合直至机械手一2抓住第5片绝缘子钢帽。

13、测控系统7控制指针电机41工作，使检测指针4在水平面内旋转接触中间绝缘子的钢帽，如图9所示，分别与机械手一2、机械手二3构成各自的检测回路，检测第3、4片绝缘子两端的电压，并将单片绝缘子两端的电压输入到测控系统7中进行自身存储及发送至地面工作台，完成一个完整的爬行和检测的动作。

Claims (6)

1.一种输电线路零值绝缘子带电检测机器人，其特征在于：该机器人包括绝缘连杆（1）、检测指针（4）、电源装置（5）、旋转驱动装置（6）、测控系统（7）和两个用于抓住绝缘子钢帽的机械手一（2）及机械手二（3），所述机械手一（2）和机械手二（3）分别安装在绝缘连杆（1）的两端并分别由一旋转驱动装置（6）驱动在同一平面内绕绝缘连杆（1）的各端翻转，所述机械手一（2）由一手爪电机一（23）控制抓住绝缘子钢帽，所述机械手二（3）由一手爪电机二（33）控制抓住绝缘子钢帽，所述检测指针（4）安装在绝缘连杆（1）上并由一指针电机（41）驱动绕绝缘连杆（1）的轴线旋转与绝缘子钢帽接触分别与机械手一（2）、机械手二（3）构成各自的检测回路，用于检测对应的绝缘子两端的电压，并将单片绝缘子两端的电压输入到测控系统（7）中实现单片绝缘子两端的电压采集数据，所述电源装置（5）安装在绝缘连杆（1）上与手爪电机一（23）、手爪电机二（33）、指针电机（41）和旋转驱动装置（6）相连并为其提供驱动电源，所述测控系统（7）安装在绝缘连杆（1）上控制手爪电机一（23）、手爪电机二（33）、指针电机（41）和旋转驱动装置（6）旋转。

2.根据权利要求1所述的输电线路零值绝缘子带电检测机器人，其特征在于：所述绝缘连杆（1）包括上伸缩杆（11）和下伸缩杆（13），上、下伸缩杆之间通过一C型指针电机支承架（12）固定连接，所述指针电机（41）安装在该C型指针电机支承架（12）内驱动检测指针（4）绕上下伸缩杆的竖直轴线作水平旋转与绝缘子钢帽接触分别与机械手一（2）、机械手二（3）构成各自的检测回路，用于检测对应的绝缘子两端的电压，并将单片绝缘子两端的电压输入到测控系统（7）中实现单片绝缘子两端的电压采集数据。

3.根据权利要求1所述的输电线路零值绝缘子带电检测机器人，其特征在于：所述机械手一（2）还包括滚珠丝杆一（22）、机械手支承架一（24）和对称安装在该机械手支承架一（24）前端的一对活动手爪一（21），所述手爪电机一（23）安装在机械手支承架一（24）上，所述滚珠丝杆一（22）的螺杆可轴向旋转的安装在机械手支承架一（24），该滚珠丝杆一（22）的螺母前端两侧各设有一坡面一（221），所述活动手爪一（21）的手柄端通过定位销轴活动安装在机械手支承架一（24）的前端，在所述定位销轴前端的两活动手爪一（21）的手柄之间连接有一压缩弹簧一（25）控制各活动手爪一（21）的自动打开，在所述活动手爪一（21）的手柄端的后端设有一与滚珠丝杆一（22）的螺母前端坡面一（221）相对应的斜面一（211），所述手爪电机一（23）的输出轴与所述滚珠丝杆一（22）的螺杆后端连接驱动其旋转，所述滚珠丝杆一（22）的螺母直线移动通过其前端的坡面一（221）推动所述活动手爪一（21）后端的斜面一（211）反向滑动控制活动手爪一（21）绕定位支点旋转开合。

4.根据权利要求1所述的输电线路零值绝缘子带电检测机器人，其特征在于：所述机械手二（3）还包括滚珠丝杆二（32）、机械手支承架二（34）和对称安装在该机械手支承架二（34）前端的一对活动手爪二（31），所述手爪电机二（33）安装在机械手支承架二（34）上，所述滚珠丝杆二（32）的螺杆可轴向旋转的安装在机械手支承架二（34），该滚珠丝杆二（32）的螺母前端两侧各设有一坡面二（321），所述活动手爪二（31）的手柄端通过定位销轴活动安装在机械手支承架二（34）的前端，在所述定位销轴前端的两活动手爪二（31）的手柄之间连接有一压缩弹簧二（35）控制各活动手爪二（31）的自动打开，在所述活动手爪二（31）的手柄端的后端设有一与滚珠丝杆二（32）的螺母前端坡面二（321）相对应的斜面二（311），所述手爪电机二（33）的输出轴与所述滚珠丝杆二（32）的螺杆后端连接驱动其旋转，所述滚珠丝杆二（32）的螺母直线移动通过其前端的坡面二（321）推动所述活动手爪二（31）后端的斜面二（311）反向滑动控制活动手爪二（31）绕定位支点旋转开合。

5.根据权利要求2所述的输电线路零值绝缘子带电检测机器人，其特征在于：在所述C型指针电机支承架（12）的两侧各设有一竖直加强筋（121）。

6.根据权利要求3和4所述的输电线路零值绝缘子带电检测机器人，其特征在于：所述旋转驱动装置（6）包括两个旋转电机支承架（61）和安装在各旋转电机支承架（61）上的旋转电机（62），各所述旋转电机支承架（61）分别安装在绝缘连杆（1）的两端，所述机械手支承架一（24）通过一转轴一（241）活动安装在绝缘连杆（1）的一端并由相应的旋转电机（62）通过齿轮转动驱动绕转轴一（241）翻转，所述机械手支承架二（34）通过一转轴二（341）活动安装在绝缘连杆（1）的另一端并由相应的旋转电机（62）通过齿轮转动驱动绕转轴二（341）翻转，所述转轴一（241）和转轴二（341）相互平行的布置在绝缘连杆（1）的两端，所述机械手支承架一（24）和机械手支承架二（34）在同一平面内翻转。