CN104128320B - 一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人，包括三层支架、若干夹紧机构、攀爬伸缩机构、绝缘子带电检测装置、绝缘子清扫机构。夹紧机构、绝缘子带电检测装置和绝缘子清扫机构均设置于支架上，支架通过攀爬伸缩机构连接。本发明可沿着绝缘子串攀爬，并对绝缘子进行自动清扫和检测。本发明结构紧凑，功能全面，爬行稳定，上串操作简单，最多短接三片绝缘子，适用于水平和悬垂绝缘子串带电清扫及检测。

Description

一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人

技术领域

本发明涉及一种绝缘子串清扫机器人，特别是可用来完成高压输电线路悬式绝缘子串检测与污物清扫工作，以代替人工作业的一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人。

背景技术

绝缘子由于置身户外，弥漫于空气中的工业污秽和自然污秽易沉积在绝缘子表面形成污秽层，大大降低绝缘瓷瓶的绝缘耐受能力。在潮湿天气情况下，脏污的绝缘子易发生闪络放电（即污闪），造成停电事故，给安全供电带来威胁。

清扫陶瓷及玻璃绝缘子的积污是输电线路检修维护的主要工作之一。目前，绝缘子清扫均采用的是“逢停必扫”的人工清扫作业方法，即在输电线路停电检修期间由人工登塔高空作业完成的。这种清扫作业方法，不仅作业环境危险、恶劣，清扫任务繁重，停电时间短、清扫质量难以得到保证，而且“逢停必扫”的针对性差，消耗了大量人力和物力。对于超高压和特高压输电线路，由于绝缘子串长、绝缘子串数量多，使得清扫任务更加繁重，又由于协调停电难度大，往往不能按期清扫而造成绝缘子表面积污严重。

此外，由于长期处于恶劣环境下，绝缘子出现故障老化的几率很大，这无疑加重了对电网安全的威胁。目前在线检测不良绝缘子还需要操作人员爬上杆塔，逐个检测杆塔上的绝缘子，劳动强度大且作业危险。

中国专利CN1695908A公开了一种高压线路悬垂绝缘子清扫机器人爬行机构，包括支撑架、具有夹爪的旋转臂和具有夹爪的固定臂以及使固定臂沿支撑架作直线运动的升降机构；支撑架上设有使旋转臂旋转的旋转机构，旋转臂与旋转机构中的旋转轴联接，旋转臂和固定臂上的夹爪分别由活动手指和固定手指组成，旋转臂和固定臂上分别设有使活动手指旋转的旋转机构。综合分析，此专利主要存在以下缺点：关节过多，工作效率不高；避让时尤其是在双串绝缘子串上工作的情况下，空间不足，容易发生干涉。且此专利并未考虑清扫机构及检测机构的配置。

中国专利CA101769971A公开了一种绝缘子检测机器人，包括第一履带轮、箱体、第二履带轮、变距伸缩机构及探头驱动机头，箱体上安装有变距伸缩机构，第一、二履带轮上分别连接有第一、二行程传感器；箱体的下方设有探头驱动机构。综合分析，此专利主要存在以下缺点：只能沿水平双串绝缘子串行走，无法应用在悬垂或单串绝缘子串上。此专利没有配备清扫装置。

中国专利CN203018352U公开了一种绝缘子串智能清扫机器人系统，包括支架，为约束角度大于180度的半包围结构，且含有曲张部；导向部件；驱动机构；清扫机构；以及控制装置，输出连接所述驱动机构以及所述电机，以控制驱动机构的停靠和所述电机的动作。该机器人可以在带电状态下通过一对驱动轮攀爬臂和配套清扫机构的交替动作完成对绝缘子的清扫。综合分析，此专利的缺点主要在于：只采用单侧攀爬机构，实际操作中攀爬比较困难；清扫时由于没有夹持机构，机器人的稳定性较差；由于环臂需要打开和闭合，安装到绝缘子串上较困难；采用驱动轮攀爬臂交替接触绝缘子裙部，会对绝缘子瓷裙部的涂料涂层造成一定磨损；由于安全性的要求，对控制算法的要求很高。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的关节过多，工作效率不高；避让时尤其是在双串绝缘子串上工作的情况下，空间不足，容易发生干涉的技术问题；提供了一种结构紧凑，兼具绝缘子检测及清扫功能，对输电线路具有很高的实用性；爬行时最多短接三片绝缘子，安全性能好；重量分布合理，提高了机器人的运动稳定性的高压线路绝缘子检测与清扫机器人。

本发明其次是解决现有技术所存在的只能沿水平双串绝缘子串行走，无法应用在悬垂或单串绝缘子串上的技术问题；提供了一种适应性良好，不仅适用于水平绝缘子串，也适用于悬垂绝缘子串的高压线路绝缘子检测与清扫机器人。

本发明最后是解决现有技术所存在的只采用单侧攀爬机构，实际操作中攀爬比较困难；清扫时由于没有夹持机构，机器人的稳定性较差；由于环臂需要打开和闭合，安装到绝缘子串上较困难；采用驱动轮攀爬臂交替接触绝缘子裙部，会对绝缘子瓷裙部的涂料涂层造成一定磨损；由于安全性的要求，对控制算法的要求很高的技术问题；提供了一种安全性高，夹爪夹紧时利用了连杆的死点，减小了掉电夹爪松开的危险；上下串操作简单，采用半包围结构，无需人工锁紧；检测可靠，检测探针由舵机驱动，与钢帽直接接触，检测数据及时存储的高压线路绝缘子检测与清扫机器人。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人，其特征在于，包括三层支架,分别是上层支架、中层支架以及下层支架；所述上层支架和下层支架周向均设有若干用于清扫时夹紧绝缘子裙部的夹紧机构，所述夹紧机构通过夹紧驱动机构能够伸缩后夹紧绝缘子裙部；所述中层支架上设有用于清扫绝缘子的绝缘子清扫机构；所述中层支架和下层支架通过固定杆连接固定；上层支架和中层支架通过辅助攀爬伸缩机构连接，攀爬伸缩机构的一端固定在下层支架上，另一端固定在上层支架上，所述上层支架能够在攀爬伸缩机构的驱动下并同时在辅助攀爬伸缩机构的导向下作上下往复运动；

所述绝缘子清扫机构包括一个清扫齿盘；中层支架上周向均匀设有若干导向轮组，每个导向轮组包括一个大导向轮和一个小导向轮，大导向轮设置在靠近中层支架的外侧边缘；所述小导向轮设置在靠近中层支架的内侧边缘；清扫齿盘设置在大导向轮和一个小导向轮之间并能在清扫齿盘驱动机构的驱动下沿导向轮组周向旋转；所述清扫齿盘上固定有至少一个清扫组件；所述清扫组件包括一个设有刷毛的清扫滚筒，并能够在一个清扫驱动机构的驱动下旋转；所述清扫驱动机构通过清扫舵机连杆连接在一个清扫转向舵机组件上并能在清扫转向舵机组件的驱动下周向旋转；

所述上层支架和中层支架还分别设有一个绝缘子带电检测装置，该绝缘子带电检测装置包括一个检测探针，所述检测探针通过能够在一个检测舵机驱动下周向旋转；所述检测舵机通过检测舵机基座分别固定在上层支架和中层支架；与检测探针连接用于处理检测探针检测数据的检测箱固定在上层支架；

以及一个给上述驱动机构供电并且固定在下层支架的电池，和固定在下层支架用于控制上述驱动机构的控制箱。

在上述的一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人，所述夹紧机构包括一个夹爪以及夹爪舵机，夹爪舵机通过舵机垫块固定在下层支架上，所述夹爪上设有一个与绝缘子裙部边缘相适应的U形槽；夹爪顶端通过一个相互铰接的双连杆与夹爪舵机连接，底端固定一个导向杆，该导向杆设置在舵机垫块底端的导向槽内。

在上述的一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人，所述清扫齿盘驱动机构包括一个清扫齿盘驱动电机，所述清扫齿盘驱动电机通过电机基座固定在下层支架上，清扫齿盘驱动电机输出轴通过电机联轴器与锥齿轮配接，锥齿轮轴一端与锥齿轮啮合，另一端安装清扫齿盘驱动小齿轮，所述清扫齿盘驱动小齿轮还与清扫齿盘的外齿啮合从而带动清扫齿盘旋转。

在上述的一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人，所述清扫转向舵机组件包括一个清扫舵机，所述清扫舵机通过清扫舵机连杆与清扫驱动机构连接，所述清扫驱动机构包括与清扫舵机连杆连接的旋转上基台，旋转上基台上固定有清扫电机短套筒以及套在清扫电机短套筒上的清扫电机长套筒，清扫直流电机设置在清扫电机短套筒和清扫电机长套筒内；所述清扫直流电机输出轴与清扫滚筒中心轴配接，清扫滚筒一端开口且套在清扫电机长套筒上，清扫滚筒内径大于清扫电机长套筒外径且之间固定有滚动轴承。

在上述的一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人，所述辅助攀爬伸缩机构包括一个中空导向杆，中空导向杆一端固定在上层支架上，导向杆一端穿过中层支架固定在下层支架上，导向杆另一端插入中空导向杆另一端并能在中空导向杆内上下往复运动。

在上述的一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人，所述攀爬伸缩机构包括固定在下层支架的丝杆电机固定座和丝杆外套筒；丝杆电机固定座上固定有丝杆驱动电机套筒，丝杆驱动电机固定在丝杆驱动电机套筒内且输出轴与丝杆配接，丝杆螺母的一端固定在上层支架且与丝杆配合。

因此，本发明具有如下优点：1.结构紧凑，兼具绝缘子检测及清扫功能，对输电线路具有很高的实用性；爬行时最多短接三片绝缘子，安全性能好；重量分布合理，提高了机器人的运动稳定性；2.适应性良好，不仅适用于水平绝缘子串，也适用于悬垂绝缘子串；3.运动速度快，采用上下夹爪交替夹持的方式行走，运动速度较快，且对绝缘子裙部的防污闪涂料涂层磨损较小；4.安全性高，夹爪夹紧时利用了连杆的死点，减小了掉电夹爪松开的危险；5.上下串操作简单，采用半包围结构，无需人工锁紧；6.检测可靠，检测探针由舵机驱动，与钢帽直接接触，检测数据及时存储。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是攀爬伸缩机构工作示意图（伸长时）。

图3是攀爬伸缩机构工作示意图（缩回时）。

图4是绝缘子清扫机构示意图。

图5是支架与绝缘子应满足的尺寸简图。

图6是本发明安装到绝缘子串上的俯视图。

图7是夹爪的工作示意图。

图8是检测探针的工作示意图。

图9是清扫装置的工作流程示意图。

图10是本发明的整体工作过程示意图（第一步准备状态）。

图11是本发明的整体工作过程示意图（第二步上层支架伸长后夹紧裙部）。

图12是本发明的整体工作过程示意图（第三步清扫状态）。

图13是本发明的整体工作过程示意图（第四步旋转清扫状态）。

图14是本发明的整体工作过程示意图（第五步支架缩回后夹紧裙部后向下移动）。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。图中，图中：1夹爪，2夹爪连杆，3下层支架，4舵机垫块，5夹爪舵机，6小导向轮，7中层支架，8大导向轮，9控制箱，10刷毛，11清扫滚筒，12清扫电机短套筒，13旋转上基台，14辅助攀爬伸缩机构，15上层支架，16检测箱，17检测舵机基座，18检测舵机，19检测探针，20丝杆螺母，21清扫齿盘，22丝杆外套筒，23清扫舵机基座，24清扫舵机，25清扫舵机连杆，26电池,27清扫齿盘驱动电机，28电机基座，29电机联轴器，30锥齿轮，31锥齿轮轴，32清扫齿盘驱动小齿轮,33丝杆，34丝杆螺母，35丝杆驱动电机，36丝杆电机固定座，37清扫直流电机，38清扫电机长套筒，39滚动轴承，40清扫电机联轴器，41旋转销轴，42旋转下基台。

实施例：

一、首先介绍一下本发明的机械结构：

如图1所示，高压线路绝缘子检测与清扫机器人，包括三层支架,分别是上层支架、中层支架以及下层支架；上层支架和下层支架周向均设有若干用于清扫时夹紧绝缘子裙部的夹紧机构，夹紧机构通过夹紧驱动机构能够伸缩后夹紧绝缘子裙部；中层支架上设有用于清扫绝缘子的绝缘子清扫机构；中层支架和下层支架通过固定杆连接固定；上层支架和中层支架通过辅助攀爬伸缩机构连接，攀爬伸缩机构的一端固定在下层支架上，另一端固定在上层支架上，上层支架能够在攀爬伸缩机构的驱动下并同时在辅助攀爬伸缩机构的导向下作上下往复运动。

如图5所示，机器人的支架缺口处的最小距离s应大于绝缘子裙部的最大直径d，保证机器人能够顺利安装到绝缘子串上。如图6所示，机器人安装到绝缘子串上时，所有夹爪处于缩回状态，清扫臂处于展开状态，这里的清扫臂是指包括清扫直流电机、清扫滚筒子装配体，即：清扫转向舵机组件。

夹紧机构为两组夹爪，布置在上层和下层支架上，每组有三个夹爪，沿支架的周向布置。如图7所示，夹爪舵机5通过连杆2带动夹爪1在支架的U型槽内做直线运动，从而夹紧或松开绝缘子裙部。夹爪也可以用丝杆螺母机构驱动。

如图2和图3所示，攀爬伸缩机构中，丝杆驱动电机35带动丝杆33正转，丝杆螺母20上升，从而带动机器人的上层支架15上升；丝杆驱动电机35反转，丝杆螺母20下降，缩回丝杆外套筒22，带动机器人的上层支架15下降。

检测舵机18通过检测舵机基座17固定在支架上层和中层。如图8所示，以布置在中层支架的检测装置为例，检测探针19在检测舵机18的驱动下转动，探针绝缘子的钢帽接触，采集数据并通过线路输送到检测箱16。检测完毕后回到初始位置。本例是通过一对检测探针测量相邻绝缘子钢帽电阻来获取绝缘子状态信息的，在实际应用中，也可以检测绝缘子泄漏电流。

如图9所示，清扫机构布置在中层支架7上，清扫齿盘21通过导向轮定位。清扫开始时，清扫舵机24带动清扫臂转动60度，清扫滚筒11在清扫直流电机37的驱动下高速旋转。同时，清扫齿盘21在清扫齿盘驱动小齿轮32的带动下进行左右回转。清扫完毕后，清扫滚筒11停止转动，清扫齿盘21回到初始位置，最后清扫臂在清扫舵机24的驱动下回到展开状态。

二、下面介绍一下工作原理：

首先，机器人被放到绝缘子串上部时，用户发出工作指令，控制系统接收到控制命令，首先夹爪舵机5驱动六个夹爪1伸出，夹紧绝缘子裙部，如图10所示。

如图11所示，机器人下层支架3的夹爪松开，丝杆驱动电机35正转，丝杆螺母34伸出，带动机器人中下层到达第三片绝缘子处，然后下层支架3的夹爪伸出，夹紧绝缘子裙部。随后，检测舵机18驱动检测探针19旋转并接触绝缘子钢帽采集数据，再回到初始位置。

如图12所示，清扫舵机24驱动清扫臂转动60度，为清扫做好准备。

如图13所示，清扫齿盘21在清扫齿盘小齿轮32的带动下左右旋转，同时清扫滚筒11高速旋转，刷毛10扫过第二片绝缘子的下表面和第三片绝缘子的上表面。清扫完毕后，清扫滚筒11停止转动，清扫齿盘21回到初始位置，清扫臂展开。

如图14所示，机器人上层支架15的夹爪松开，丝杆驱动电机35反转，丝杆螺母34缩回丝杆外套筒22内，上层支架15的夹爪再夹紧绝缘子裙部，一个工作周期完成。

当机器人清扫完该绝缘子串的最后一片绝缘子后，则开始向上爬返回绝缘子串的上部。该过程与下降过程相似，只是跳过了清扫与检测过程。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了1夹爪，2夹爪连杆，3下层支架，4舵机垫块，5夹爪舵机，6小导向轮，7中层支架，8大导向轮，9控制箱，10刷毛，11清扫滚筒，12清扫电机短套筒，13旋转上基台，14辅助攀爬伸缩机构，15上层支架，16检测箱，17检测舵机基座，18检测舵机，19检测探针，20丝杆螺母，21清扫齿盘，22丝杆外套筒，23清扫舵机基座，24清扫舵机，25清扫舵机连杆，26电池,27清扫齿盘驱动电机，28电机基座，29电机联轴器，30锥齿轮，31锥齿轮轴，32清扫齿盘驱动小齿轮,33丝杆，34丝杆螺母，35丝杆驱动电机，36丝杆电机固定座，37清扫直流电机，38清扫电机长套筒，39滚动轴承，40清扫电机联轴器，41旋转销轴，42旋转下基台等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (3)

1.一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人，其特征在于，包括三层支架,分别是上层支架、中层支架以及下层支架；所述上层支架和下层支架周向均设有若干用于清扫时夹紧绝缘子裙部的夹紧机构，所述夹紧机构通过夹紧驱动机构能够伸缩后夹紧绝缘子裙部；所述中层支架上设有用于清扫绝缘子的绝缘子清扫机构；所述中层支架和下层支架通过固定杆连接固定；上层支架和中层支架通过辅助攀爬伸缩机构连接，攀爬伸缩机构的一端固定在下层支架上，另一端固定在上层支架上，所述上层支架能够在攀爬伸缩机构的驱动下并同时在辅助攀爬伸缩机构的导向下作上下往复运动；

所述绝缘子清扫机构包括一个清扫齿盘；中层支架上周向均匀设有若干导向轮组，每个导向轮组包括一个大导向轮和一个小导向轮，大导向轮设置在靠近中层支架的外侧边缘；所述小导向轮设置在靠近中层支架的内侧边缘；清扫齿盘设置在大导向轮和一个小导向轮之间并能在清扫齿盘驱动机构的驱动下沿导向轮组周向旋转；所述清扫齿盘上固定有至少一个清扫组件；所述清扫组件包括一个设有刷毛的清扫滚筒，并能够在一个清扫驱动机构的驱动下旋转；所述清扫驱动机构通过清扫舵机连杆连接在一个清扫转向舵机组件上并能在清扫转向舵机组件的驱动下周向旋转；

所述上层支架和中层支架还分别设有一个绝缘子带电检测装置，该绝缘子带电检测装置包括一个检测探针，所述检测探针通过能够在一个检测舵机驱动下周向旋转；所述检测舵机通过检测舵机基座分别固定在上层支架和中层支架；与检测探针连接用于处理检测探针检测数据的检测箱固定在上层支架；

以及一个给上述驱动机构供电并且固定在下层支架的电池，和固定在下层支架用于控制上述驱动机构的控制箱；

所述夹紧机构包括一个夹爪以及夹爪舵机，夹爪舵机通过舵机垫块固定在下层支架上，所述夹爪上设有一个与绝缘子裙部边缘相适应的U形槽；夹爪顶端通过一个相互铰接的双连杆与夹爪舵机连接，底端固定一个导向杆，该导向杆设置在舵机垫块底端的导向槽内；

所述清扫齿盘驱动机构包括一个清扫齿盘驱动电机，所述清扫齿盘驱动电机通过电机基座固定在下层支架上，清扫齿盘驱动电机输出轴通过电机联轴器与锥齿轮配接，锥齿轮轴一端与锥齿轮啮合，另一端安装清扫齿盘驱动小齿轮，所述清扫齿盘驱动小齿轮还与清扫齿盘的外齿啮合从而带动清扫齿盘旋转；

所述清扫转向舵机组件包括一个清扫舵机，所述清扫舵机通过清扫舵机连杆与清扫驱动机构连接，所述清扫驱动机构包括与清扫舵机连杆连接的旋转上基台，旋转上基台上固定有清扫电机短套筒以及套在清扫电机短套筒上的清扫电机长套筒，清扫直流电机设置在清扫电机短套筒和清扫电机长套筒内；所述清扫直流电机输出轴与清扫滚筒中心轴配接，清扫滚筒一端开口且套在清扫电机长套筒上，清扫滚筒内径大于清扫电机长套筒外径且之间固定有滚动轴承。

2.根据权利要求1所述的一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人，其特征在于，所述辅助攀爬伸缩机构包括一个中空导向杆，中空导向杆一端固定在上层支架上，导向杆一端穿过中层支架固定在下层支架上，导向杆另一端插入中空导向杆另一端并能在中空导向杆内上下往复运动。

3.根据权利要求1所述的一种高压线路绝缘子检测与清扫机器人，其特征在于，所述攀爬伸缩机构包括固定在下层支架的丝杆电机固定座和丝杆外套筒；丝杆电机固定座上固定有丝杆驱动电机套筒，丝杆驱动电机固定在丝杆驱动电机套筒内且输出轴与丝杆配接，丝杆螺母的一端固定在上层支架且与丝杆配合。