CN105014674A - 换流站带电水冲洗机器人系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了换流站带电水冲洗机器人系统及方法，包括用于高空冲洗的主冲机器人及用于低空冲洗的辅冲机器人，所述主冲机器人及辅冲机器人相互配合共同完成换流站绝缘子的冲洗；主冲机器人及辅冲机器人均包括车体移动机构，车体行走机构均为履带式移动底盘结构；电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统，遥控子系统与车载子系统相配合利用液压控制系统通过有线方式完成对机器人的车体移动机构、升降机构及水枪冲洗机构的控制。该装置利用机器人代替人工完成换流站绝缘子冲洗作业，使操作人员位于安全区域内，保障了操作人员的安全，降低的劳动强度，提高冲洗效率和自动化水平。

Description

换流站带电水冲洗机器人系统及方法

技术领域

本发明涉及一种换流站带电水冲洗机器人系统。

背景技术

换流站是指在高压直流输电系统中，为了完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。

换流站绝缘子长时间暴露在外界环境中，表面易沉积污垢，这些污垢受恶劣天气侵害容易发生污闪事故。绝缘子带电水冲洗作业可以提高供电的可靠性，减少停电损失，保证换流站及输电线路的安全。在现阶段的换流站绝缘子冲洗作业主要存在以下缺点：

1、换流站的干扰来自开关场的电晕及运行中的换流阀，当换流站内交流开关场和直流开关场的母线、绝缘子、配件和其他设备的带电导体表面电场强度超过临界值后，周围空气分子将被电离，形成电晕放电，所以，换流站的绝缘子人工清洗存在这极大的安全隐患。

2、冲洗方式大多是由清洗技术人员手持冲洗设备进入现场进行作业，人工冲洗不仅依赖于天气情况，还需要清洗人员具备较高技术水平及熟练的操作流程，对绝缘子进行带电水冲洗时需要高规格的安全防护，以避免短路电流造成的安全事故，引发人员伤亡，这类作业方式存在安全隐患。

3、人工作业面临着劳动强度大，效率低，自动化水平低等诸多问题；另外，考虑着带电水冲洗技术要求较高，受环境、积污情况、设备爬距、设备布置方式等多种因素影响，人工冲洗时容易发生设备闪络。

4、考虑到带电水冲洗作业受到冲洗角度、水压等多方面的影响，人工作业有时不能把设备外绝缘表面的污秽物完全冲走。

因此利用更安全和效率更高的机器人代替人工对换流站绝缘子进行水冲洗作业是非常有必要的，是符合时代发展要求的。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了换流站带电水冲洗机器人系统及方法，该装置利用机器人代替人工完成换流站绝缘子冲洗作业，使操作人员位于安全区域内，保障了操作人员的安全，降低的劳动强度，提高冲洗效率和自动化水平。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

换流站带电水冲洗机器人系统，包括用于高空冲洗的主冲机器人及用于低空冲洗的辅冲机器人，所述主冲机器人及辅冲机器人相互配合共同完成换流站绝缘子的冲洗；主冲机器人及辅冲机器人均包括车体移动机构及电气控制系统；

所述辅冲机器人的垂直升降机构连接在车体移动机构前端，垂直升降机构安装有多级伸缩臂，多级伸缩臂与水枪冲洗机构的工作云台相连；所述主冲机器人的述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台相连，升降机构的回转平台上还安装有多节多级伸缩臂，多节多级伸缩臂与水枪冲洗机构的工作台相连；电气控制系统通过有线方式完成对机器人伸缩臂、及水枪冲洗机构的控制。

所述车体移动机构为履带式移动底盘结构或轮式移动底盘结构或轮履切换式结构。

所述车体移动机构为履带式移动底盘结构，主要由履带底盘、左行走马达、右行走马达、驱动轮、从动轮、承重轮、履带、张紧缓冲装置以及两侧的四个液压支腿组成，左行走马达和右行走马达通过螺栓连接在履带底盘支架上，驱动轮通过驱动轴与行走马达联接，从动轮、承重轮与张紧缓冲装置分别通过旋转轴与履带底盘支架联接，履带套在驱动轮、从动轮、承重轮与张紧缓冲装置的外侧，底盘左边为柴油箱，右边为液压油箱，液压支腿铰接在履带底盘上。

所述升降机构包括回转平台及调平机构，回转平台通过回转支承与车体移动机构连接，回转平台上铰接有多节多级伸缩臂，回转平台及多节多级伸缩臂的大臂与变幅油缸铰接连接，多节多级伸缩臂的大臂及连接臂与伸缩油缸铰接连接，调平机构包括调平油缸Ⅰ和调平油缸Ⅱ，调平油缸Ⅰ安装在回转平台和大臂间，与回转平台、大臂铰接连接，调平油缸Ⅱ安装在工作台与小臂之间，与工作台、小臂铰接连接。

所述多节多级伸缩臂包括大臂、连接臂及小臂，大臂铰接到回转平台上，连接臂前、后端均设置有滑块，滑块与连接臂螺栓连接，连接臂通过滑块与大臂、小臂滑动连接，连接臂的头部安装有链轮，通过链传动实现连接臂与小臂的同步伸缩。

所述多节多级伸缩臂的大臂、小臂上通过螺栓连接有变幅链条，大臂前端绕过链轮与伸缩链条的前端铰接，伸缩链条的末端与小臂末端铰接。多节多级伸缩臂为三节两级伸缩臂。

所述水枪冲洗机构包括俯仰油缸及摆动油缸，俯仰油缸通过螺栓连接在摆动油缸上，摆动油缸通过螺栓连接在工作台上，俯仰油缸上铰接有第一水枪架，第一水枪架上连接有第一水枪。

所述第一水枪架上通过螺栓安装有第一跟踪摄像机，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，第一跟踪摄像机正下方装有第一激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。

所述回转平台上还连接有液压控制系统的比例控制阀组；此处的比例控制阀组为上装控制阀组B。

所述液压系统包括下部控制阀组A、上装控制阀组B及中央回转接头，共有七个比例换向阀和四个手动换向阀。

所述下部控制阀组A通过分配阀与液压泵连接，由四个手动换向阀控制水冲洗机器人四个支腿油缸来完成伸缩运动，两个比例换向阀控制左右两个马达，进行机器人行走运动；

所述上装控制阀组B依次经中央回转接头、上装控制切换按钮、分配阀、与液压泵连接，由一个比例换向阀控制回转马达，完成上装回转平台旋转运动，两个比例换向阀控制大臂俯仰和小臂伸缩运动，另两个比例换向阀通过水平摆动油缸和垂直摆动油缸实现水枪的水平运动和俯仰运动。

所述中央回转接头是连接回转平台与底盘油路的液压元件，用于使回转平台旋转任意角度后，液压油路还能正常配油。

电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统，车载子系统包括工控机，工控机通过485总线采集各类传感器上传的数据，并对从远程遥控器接收到的指令下发给有线接收机，有线接收机接收到远程遥控器的数据后在工控机中进行处理然后再下发给有线收发机，通过对电压值的调节控制比例阀的开合及流量大小，实现对移动底盘左右轮运动、小臂伸缩、大臂俯仰及回转平台旋转的控制。

所述各类传感器包括拉线传感器、角度传感器、倾角传感器、温度传感器、压力传感器、电压传感器与电流传感器，拉线传感器安装在大臂与小臂之间，用于测量小臂的伸缩长度，大臂和工作台均装有一个角度传感器和一个倾角传感器，采集大臂和工作台水平和垂直方向的角度数据并传递给工控机，其中工作台上的角度传感器与倾角传感器数据通过ZIGBEE有线传送，以实现顶端平台的完全绝缘，温度传感器和压力传感器安装在液压油箱上，采集液压油箱中的油温以及液压油箱中液压油的压力数据，采集到的数据为模拟量，经过A/D转换成数字信号经过485传递给工控机，电压传感器与电流传感器采集电路中的电压值及电流值，检测电路中的电压及电流是否稳定，采集到的模拟信号经过A/D转换模块转换为数字信号经过485总线传递给工控机。

所述辅冲机器人的垂直升降机构包括两级垂直伸缩臂、风琴箱护罩、绝缘支柱及车载控制器，垂直伸缩臂铰连接与车体移动机构固定板上，绝缘支柱安装于垂直伸缩臂上端，车载控制器固定在垂直伸缩臂固定板上，风琴箱护罩将两级垂直伸缩臂、绝缘支柱及车载控制器包围其中。

所述辅冲机器人的水枪冲洗机构包括云台、电控箱、第二水枪架；电控箱安装于绝缘支柱上，提供云台、第二跟踪摄像机所需电源；云台实现第二水枪水平及俯仰两个方向运动；第二水枪架铰连接在云台上方，第二水枪架上连接有第二水枪、第二跟踪摄像机、第二激光测距仪。第二水枪架上通过螺栓安装有第二跟踪摄像机，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，第二跟踪摄像机正下方装有第二激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。

辅冲机器人的第二履带底盘左边为液压油箱，右边为柴油箱。动力总成采用自带动力源，柴油机提供动力，可以进入密集设备区内作业，解决了现场的电源配置问题。

换流站带电水冲洗机器人系统的控制方法，包括以下步骤：

主冲机器人在作业时，通过远程遥控装置的控制手柄控制机械本体的车体移动机构移动到指定区域，将前液压支腿Ⅰ，前液压支腿Ⅱ，后液压支腿Ⅰ，后液压支腿Ⅱ支撑着地，提高机器人作业稳定性；

回转平台及其附属部件可360°转动，调整多级伸缩臂的方位，通过变幅油缸与调整大臂的俯仰角，连接臂通过伸缩油缸实现伸出与收缩，小臂在伸缩链条的带动下实现与连接臂同步伸出与收缩，在变幅油缸、伸缩油缸和伸缩链条的共同作用下，调整大臂、连接臂以及小臂的位姿；

调平油缸Ⅰ和调平油缸Ⅱ协调调整工作台的位姿，保持工作台水平，俯仰油缸上下俯仰以及摆动油缸的左右摆动实现水枪架的位姿微调，通过跟踪摄像机采集的图像，确定水枪的位姿，水枪喷射高纯度水进行冲洗作业；

辅冲机器人在作业时，通过调节云台实现第二水枪水平及俯仰两个方向运动，第二水枪架上通过螺栓安装有第二跟踪摄像机，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，第二跟踪摄像机正下方装有第二激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离，通过跟踪摄像机采集的图像，确定水枪的位姿，水枪喷射高纯度水进行冲洗作业。

车载子系统按控制划分包括车载上位机控制系统和车载驱动器，车载上位机控制系统具有接收遥控子系统的命令，并对命令进行解析和实现运动算法的等功能。车载驱动器接收车载上位机控制系统的指令实现对车体的阀组进行控制的功能。遥控子系统具有车体的移动、发动机的启停、油门的大小、升降机构单关节控制和组合控制功能。车载子系统和手持终端子系统通过有线方式通信。

车载子系统按功能主要分为车体移动控制模块、上装升降机构运动控制模块、发动机及电源动力监控模块和安全监控模块等四个模块。车体移动控制模块具备前进、后退、调速、左右转向、支腿伸缩、辅助照明、安全监控等功能；上装升降机构运动控制模块具备单关节控制、单关节位置反馈、自动调平及安全监控等功能；发动机及电源动力监控模块具备发动机启停、调速等控制和发动机状态及电源电压的监视等功能；安全监控模块具备升降机构各关节限位、支腿状态、油温油位、电池电压等状态的阈值设定及安全报警。

本发明的有益效果：

1、根据换流站水冲洗作业的需要，设计一种新型换流站带电水冲洗机器人系统装置，主体由机械本体和远程遥控装置组成，机械本体与遥控装置之间全部通过有线信号进行信号传递，使冲洗作业人员远离高压电场，保障了作业人员的安全。

2、操作人员手持遥控装置，通过远程遥控装置上的控制手柄，可以远距离控制机器人机械本体的车体移动机构、多节多级伸缩臂升降机构及水枪冲洗机构，可以根据跟踪摄像机采集图像调整机器人的作业姿态，利用高压喷水机构喷射高纯水进行冲洗作业。

3、该装置利用机器人代替人工完成换流站绝缘子冲洗作业，使操作人员位于安全区域内，保障了操作人员的安全，降低的劳动强度，提高冲洗效率和自动化水平，对我国换流站水冲洗作业方式产生积极的变革作用。

附图说明

图1(a)为本发明换流站带电主冲水冲洗机器人结构示意图；

图1(b)为本发明换流站带电辅冲水冲洗机器人结构示意图；

图2为本发明换流站带电主冲水冲洗机器人制图支撑时结构俯视图；

图3为本发明换流站带电主冲水冲洗机器人工作极限位置的结构示意图；

图4为本发明换流站带电主冲水冲洗机器人液压控制原理图；

图5为本发明换流站带电主冲水冲洗机器人电气控制结构框图；

图6为本发明换流站带电主冲水冲洗机器人远程遥控器面板示意图；

图中，1、从动轮，2、承重轮，3、张紧缓冲装置，4、驱动轮，5、履带，6、第一履带底盘，7、比例控制阀组B，8、回转平台，9、调平油缸Ⅰ，10、变幅链条，11、大臂，12、变幅油缸，13、伸缩链条，14、链轮，15、工作台，16、俯仰油缸，17、第一水枪架，18、调平油缸Ⅱ，19、第一跟踪摄像机，20、第一激光测距仪，21、第一水枪，22、电气控制箱，23、后液压支腿Ⅰ，24、后液压支腿Ⅱ，25、第一液压油箱，26、前液压支腿Ⅰ，27、前液压支腿Ⅱ，28、第一柴油箱，29、连接臂，30、小臂，31、摆动油缸；2-1、第二跟踪摄像机，2-2、第二水枪，2-3、电控箱，2-4、风琴箱护罩，2-5、垂直升降机构，2-6、车载控制器，2-7、第二履带底盘，2-8、第二车体移动机构，2-9、第二液压油箱，2-10、显示面板，2-11、动力总成，2-12、第二柴油箱，2-13、绝缘支柱，2-14、进水管，2-15、云台，2-16、第二水枪架，2-17、第二激光测距仪，2-18、外壳。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

辅冲机器人结构示意图如图1(b)所示，辅冲机器人主要用于220KV的换流站绝缘子冲洗，包括车体移动机构2-8、动力总成2-11、垂直升降机构2-5、水枪冲洗机构、电气控制系统等组成；其中，车体行走机构2-8为履带式移动底盘结构，动力总成2-11采用柴油机提供动力，安装于移动底盘上，垂直升降机构2-5连接在车体移动机构前端，垂直升降机构2-5安装有多级伸缩臂，多级伸缩臂的上臂通过绝缘支柱2-13与水枪冲洗机构的工作云台2-15相连；电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统，遥控子系统与车载子系统相配合，通过有线方式远程完成对机器人垂直升降机构及水枪冲洗机构的控制。多级伸缩臂为两级伸缩臂，多节多级伸缩臂为三节两级伸缩臂。

辅冲机器人的车体移动机构2-8与主冲洗机器人的车体移动机构结构相同，第二履带底盘2-7左边为第二液压油箱2-9，右边为第二柴油箱2-12。

动力总成2-11采用自带动力源，柴油机提供动力，可以进入密集设备区内作业，解决了现场的电源配置问题。

垂直升降机构2-5包括两级垂直伸缩臂、风琴箱护罩2-4、绝缘支柱2-3及车载控制器2-6组成，垂直伸缩臂铰连接与车体移动机构固定板上，绝缘支柱2-13安装于垂直伸缩臂上端，车载控制器2-6固定在垂直伸缩臂固定板上，风琴箱护罩2-4将两级垂直伸缩臂、绝缘支柱2-13及车载控制器2-6包围其中。辅冲机器人的的外壳2-18的前部设有显示面板2-10，第二水枪2-2与进水管2-14相连。

辅冲机器人的水枪冲洗机构包括云台2-15、电控箱2-3、第二水枪架2-16等组成；电控箱2-3安装于绝缘支柱2-13上，提供云台2-15、第二跟踪摄像机2-1所需电源；云台15实现第二水枪2-2水平及俯仰两个方向运动；水枪架2-16铰连接在云台2-15上方，水枪架2-16上连接有第二水枪2-2、第二跟踪摄像机2-1、第二激光测距仪17。水枪架2-16上通过螺栓安装有第二跟踪摄像机2-1，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，第二跟踪摄像机2-1正下方装有第二激光测距仪2-17，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。

如图1(a)所示，一种换流站带电主冲水冲洗机器人，主冲水冲洗机器人主要用于220KV以上的换流站绝缘子冲洗，主体由机械本体和远程遥控装置组成。其中，机械本体主要由车体移动机构、多节多级伸缩臂升降机构、水枪冲洗机构、液压控制系统和电气控制系统组成。车体移动机构为履带式移动底盘结构，履带底盘的一边为柴油箱，另一边为液压油箱，机器人的动力源为车载柴油机；所述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台8相连，升降机构的回转平台8上还安装有多节多级伸缩臂，多节多级伸缩臂的小臂30通过调平油缸Ⅱ18与水枪冲洗机构的工作台15相连，所述回转平台8上还连接有液压控制系统的比例控制阀组；电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统，遥控子系统与车载子系统相配合利用液压控制系统通过有线方式完成对机器人的车体移动机构、升降机构及水枪冲洗机构的控制。

换流站带电水冲洗机器人系统工作动力来源车载柴油机。采用自带动力源，柴油机提供动力，可以进入密集设备区内作业，解决了现场的电源配置问题。

如图2所示，主冲机器人的车体移动机构采用履带式移动底盘结构，主要由第一履带底盘6、左右行走马达、从动轮1、驱动轮4、承重轮2、履带5、张紧缓冲装置3以及两侧的四个液压支腿组成。底盘左边为第一柴油箱28，右边为第一液压油箱25，后液压支腿Ⅰ23，后液压支腿Ⅱ24，前液压支腿Ⅰ26，前液压支腿Ⅱ27铰接在履带底盘6上。第一履带底盘6上还设有电气控制箱22。

如图3所示，多节多级伸缩臂组成的升降机构主要由回转平台8、多节多级伸缩臂，调平机构组成。回转平台8通过回转支承与车体移动机构连接，由回转马达驱动实现回转平台8及其附属各部件360°连续回转运动，比例控制阀组7通过螺栓连接在回转平台8上；多级伸缩臂主要由大臂11、连接臂29、小臂30组成，多级伸缩臂安装于回转平台8上，大臂11铰接到回转平台8上，连接臂29前后端有滑块，滑块与连接臂29螺栓连接，连接臂29与大臂11、小臂30滑动连接，连接臂29的头部安装链轮14；变幅油缸12与大臂11、回转平台8铰接连接，伸缩油缸与大臂11、连接臂29铰接连接；调平机构主要由调平油缸Ⅰ9和调平油缸Ⅱ18组成，调平油缸Ⅰ9安装在回转平台8和大臂11间，与回转平台8、大臂11铰接连接，调平油缸Ⅱ18安装在工作台15与小臂30之间，与工作台15、小臂30铰接连接；变幅链条10通过螺栓分别连接在大臂11、小臂30上，伸缩链条13的前端铰接在大臂11前端，绕过链轮14，末端铰接小臂30末端。

水枪冲洗机构主要由工作台15、俯仰油缸16、摆动油缸31、第一水枪架17、第一水枪21组成。俯仰油缸16通过螺栓连接在摆动油缸31上，摆动油缸31通过螺栓连接在工作台15上，第一水枪架17铰接在俯仰油缸16上，第一水枪21螺旋连接于第一水枪架17上。

机器人第一水枪架17上安装第一跟踪摄像机19，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，实时的传递作业现场的画面，方便远程操作人员实施作业。第一跟踪摄像机19螺栓连接在水枪架17上。第一跟踪摄像机19正下方装有第一激光测距仪20，实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离，使其保持在安全作业距离以内。

该机器人在作业时，通过远程遥控装置的控制手柄控制机械本体的车体移动机构移动到指定区域，将前液压支腿Ⅰ26，前液压支腿Ⅱ27，后液压支腿Ⅰ23，后液压支腿Ⅱ24支撑着地，提高机器人作业稳定性；回转平台8及其附属部件可360°转动，调整多级伸缩臂的方位，通过变幅油缸12与调整大臂11的俯仰角，连接臂29通过伸缩油缸实现伸出与收缩，小臂30在伸缩链条13的带动下实现与连接臂29同步伸出与收缩，在变幅油缸12、伸缩油缸和伸缩链条13的共同作用下，调整大臂11、连接臂29以及小臂30的位姿；调平油缸Ⅰ9和调平油缸Ⅱ18协调调整工作台15的位姿，保持工作台15水平，俯仰油缸16上下俯仰以及摆动油缸31的左右摆动实现水枪架17的位姿微调，通过第一跟踪摄像机19采集的图像，确定水枪21的位姿，水枪21喷射高纯度水进行冲洗作业。

如图4所示，换流站带电水冲洗机器人系统液压系统采用下部控制阀组A、上装控制阀组B组合控制和中央回转接头组合控制，共有七路比例换向阀和四路手动换向阀。换流站带电水冲洗机器人系统采用柴油机为动力，通过联轴器与双联齿轮泵相连，考虑换流站带电作业特殊环境要求，液压系统均采用抗磨绝缘液压油。液压油从油箱，经吸油过滤器进入水冲洗机器人液压控制油路，再经回油滤油器流回油箱。其中单向阀为控制油液回流，安全阀其过载保护功能，压力表通过压力表开关与油路相连，并实时显示油路液压油压力。中央回转接头是联接回转平台与底盘油路的液压元件，它保证回转平台旋转任意角度后，液压油路还能正常配油。

下部控制阀组A通过分配阀与液压泵连接，主要由四组手动换向阀控制水冲洗机器人四个支腿油缸来完成伸缩运动，两个比例换向阀控制左右两个马达，进行机器人行走运动。

上装控制阀组B经中央回转接头、上装控制切换按钮、分配阀、与液压泵连接，主要由一个比例换向阀控制回转马达，完成上装回转平台旋转运动，两组比例换向阀控制大臂俯仰和小臂伸缩运动，另两组比例换向阀通过水平摆动油缸和垂直摆动油缸实现水枪的水平运动和俯仰运动。

如图5所示，换流站带电主冲水冲洗机器人电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统。车载子系统包括车载上位机控制系统和车载驱动器，车载上位机控制系统具有接收遥控子系统的命令，并对命令进行解析和实现运动算法的等功能。车载驱动器接收车载上位机控制系统的指令实现对车体的阀组进行控制的功能。遥控子系统具有车体的移动、发动机的启停、油门的大小、升降机构单关节控制和组合控制功能。车载子系统和手持终端子系统通过有线方式通信。

车载子系统按功能主要分为车体移动控制模块、上装升降机构运动控制模块、发动机及电源动力监控模块和安全监控模块等四个模块。车体移动控制模块具备前进、后退、调速、左右转向、支腿伸缩、辅助照明、安全监控等功能；上装升降机构运动控制模块具备单关节控制、单关节位置反馈、自动调平及安全监控等功能；发动机及电源动力监控模块具备发动机启停、调速等控制和发动机状态及电源电压的监视等功能；安全监控模块具备升降机构各关节限位、支腿状态、油温油位、电池电压等状态的阈值设定及安全报警。

车载子系统硬件由工控机、有线接收机、A/D转换模块、ZIGBEE、各类传感器、比例阀、开关阀等组成。工控机通过485总线采集各类传感器上传的数据，并对从远程遥控器接收到的指令下发给有线接收机，实现对开关阀，比例阀的控制。有线接收机接收到遥控器的数据后在工控机中进行处理然后再下发给有线收发机，通过对电压值的调节控制比例阀的开合及流量大小，实现对移动底盘左右轮运动，小臂伸缩，大臂俯仰，回转平台旋转的控制。

各类传感器包括拉线传感器、角度传感器、倾角传感器、温度传感器、压力传感器、电压传感器与电流传感器，拉线传感器安装在大臂与小臂之间，用于测量小臂的伸缩长度，大臂和顶端平台均装有一个角度传感器和一个倾角传感器，采集大臂和平台水平和垂直方向的角度数据并传递给工控机，其中平台上的角度传感器与倾角传感器数据通过ZIGBEE有线传送，以实现顶端平台的完全绝缘。温度和压力传感器安装在液压油箱上，采集油箱中的油温以及油箱中液压油的压力数据，采集到的数据为模拟量，经过A/D转换成数字信号经过485传递给工控机。电压与电流传感器采集电路中的电压电流值，检测电路中的电压电流是否稳定，采集到的模拟信号经过A/D转换模块转换为数字信号经过485总线传递给工控机。

远程遥控器实现对移动底盘、升降臂和水枪的远程控制，其中包括控制左轮前后、右轮前后、大臂左右、大臂俯仰、小臂伸缩、平台左右；带锁按键包括工具、选择、XYZ世界坐标系、油门大小的控制；自恢复按键包括复位、发动机启停、示教、再现、启动的控制；指示灯包括电源、有线通信、报警指示灯。

图6中，一种换流站带电主冲水冲洗机器人的远程遥控器包括7个模拟摇杆，控制左轮前后、右轮前后、大臂11左右、大臂11俯仰、小臂31伸缩、工作台15左右、水枪17俯仰；带锁按键包括工具、选择、XYZ世界坐标系、油门大小的控制；自恢复按键包括复位、发动机启停、示教、再现、启动的控制；指示灯包括电源、有线通信、报警指示灯。

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，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 (16)

1.换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，包括用于高空冲洗的主冲机器人及用于低空冲洗的辅冲机器人，所述主冲机器人及辅冲机器人相互配合共同完成换流站绝缘子的冲洗；主冲机器人及辅冲机器人均包括车体移动机构及电气控制系统；

所述辅冲机器人的垂直升降机构连接在车体移动机构前端，垂直升降机构安装有多级伸缩臂，多级伸缩臂与水枪冲洗机构的工作云台相连；所述主冲机器人的述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台相连，升降机构的回转平台上还安装有多节多级伸缩臂，多节多级伸缩臂与水枪冲洗机构的工作台相连；电气控制系统通过有线方式完成对机器人伸缩臂、及水枪冲洗机构的控制。

2.如权利要求1所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述车体移动机构为履带式移动底盘结构或轮式移动底盘结构或轮履切换式结构。

3.如权利要求2所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述车体移动机构为履带式移动底盘结构，主要由履带底盘、左行走马达、右行走马达、驱动轮、从动轮、承重轮、履带、张紧缓冲装置以及两侧的四个液压支腿组成，左行走马达和右行走马达通过螺栓连接在履带底盘支架上，驱动轮通过驱动轴与行走马达联接，从动轮、承重轮与张紧缓冲装置分别通过旋转轴与履带底盘支架联接，履带套在驱动轮、从动轮、承重轮与张紧缓冲装置的外侧，底盘左边为柴油箱，右边为液压油箱，液压支腿铰接在履带底盘上。

4.如权利要求1所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述升降机构包括回转平台及调平机构，回转平台通过回转支承与车体移动机构连接，回转平台上铰接有多节多级伸缩臂，回转平台及多节多级伸缩臂的大臂与变幅油缸铰接连接，多节多级伸缩臂的大臂及连接臂与伸缩油缸铰接连接，调平机构包括调平油缸Ⅰ和调平油缸Ⅱ，调平油缸Ⅰ安装在回转平台和大臂间，与回转平台、大臂铰接连接，调平油缸Ⅱ安装在工作台与小臂之间，与工作台、小臂铰接连接。

5.如权利要求1所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述多节多级伸缩臂为三节两级伸缩臂，包括大臂、连接臂及小臂，大臂铰接到回转平台上，连接臂前、后端均设置有滑块，滑块与连接臂螺栓连接，连接臂通过滑块与大臂、小臂滑动连接，连接臂的头部安装有链轮。

6.如权利要求4所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述多节多级伸缩臂的大臂、小臂上通过螺栓连接有变幅链条，大臂前端绕过链轮与伸缩链条的前端铰接，伸缩链条的末端与小臂末端铰接。

7.如权利要求1所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述水枪冲洗机构包括俯仰油缸及摆动油缸，俯仰油缸通过螺栓连接在摆动油缸上，摆动油缸通过螺栓连接在工作台上，俯仰油缸上铰接有水枪架，水枪架上连接有水枪。

8.如权利要求6所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述水枪架上通过螺栓安装有跟踪摄像机，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，跟踪摄像机正下方装有激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。

9.如权利要求1所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述辅冲机器人的垂直升降机构包括两级垂直伸缩臂、风琴箱护罩、绝缘支柱及车载控制器，垂直伸缩臂铰连接与车体移动机构固定板上，绝缘支柱安装于垂直伸缩臂上端，车载控制器固定在垂直伸缩臂固定板上，风琴箱护罩将两级垂直伸缩臂、绝缘支柱及车载控制器包围其中。

10.如权利要求1所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述辅冲机器人的水枪冲洗机构包括云台、电控箱、第二水枪架；电控箱安装于绝缘支柱上，提供云台、第二跟踪摄像机所需电源；云台实现第二水枪水平及俯仰两个方向运动；第二水枪架铰连接在云台上方，第二水枪架上连接有第二水枪、第二跟踪摄像机、第二激光测距仪。第二水枪架上通过螺栓安装有第二跟踪摄像机，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，第二跟踪摄像机正下方装有第二激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。

11.如权利要求5所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述回转平台上还连接有液压控制系统的比例控制阀组；此处的比例控制阀组为上装控制阀组B；

所述液压系统包括下部控制阀组A、上装控制阀组B及中央回转接头，共有七个比例换向阀和四个手动换向阀。

12.如权利要求11所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述下部控制阀组A通过分配阀与液压泵连接，由四个手动换向阀控制水冲洗机器人四个支腿油缸来完成伸缩运动，两个比例换向阀控制左右两个马达，进行机器人行走运动。

13.如权利要求11所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述上装控制阀组B依次经中央回转接头、上装控制切换按钮、分配阀、与液压泵连接，由一个比例换向阀控制回转马达，完成上装回转平台旋转运动，两个比例换向阀控制大臂俯仰和小臂伸缩运动，另两个比例换向阀通过水平摆动油缸和垂直摆动油缸实现水枪的水平运动和俯仰运动。

14.如权利要求1所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统，车载子系统包括工控机，工控机通过485总线采集各类传感器上传的数据，并对从远程遥控器接收到的指令下发给有线接收机，有线接收机接收到远程遥控器的数据后在工控机中进行处理然后再下发给有线收发机，通过对电压值的调节控制比例阀的开合及流量大小，实现对移动底盘左右轮运动、小臂伸缩、大臂俯仰及回转平台旋转的控制。

15.如权利要求14所述的换流站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述各类传感器包括拉线传感器、角度传感器、倾角传感器、温度传感器、压力传感器、电压传感器与电流传感器，拉线传感器安装在大臂与小臂之间，用于测量小臂的伸缩长度，大臂和工作台均装有一个角度传感器和一个倾角传感器，采集大臂和工作台水平和垂直方向的角度数据并传递给工控机，其中工作台上的角度传感器与倾角传感器数据通过ZIGBEE有线传送，以实现顶端平台的完全绝缘，温度传感器和压力传感器安装在液压油箱上，采集液压油箱中的油温以及液压油箱中液压油的压力数据，采集到的数据为模拟量，经过A/D转换成数字信号经过485传递给工控机，电压传感器与电流传感器采集电路中的电压值及电流值，检测电路中的电压及电流是否稳定，采集到的模拟信号经过A/D转换模块转换为数字信号经过485总线传递给工控机。

16.如权利要求1所述的换流站带电水冲洗机器人系统的控制方法，其特征是，具体为：该换流站带电水冲洗机器人系统在作业时，通过远程遥控装置的控制手柄控制机械本体的车体移动机构移动到指定区域，将前液压支腿Ⅰ，前液压支腿Ⅱ，后液压支腿Ⅰ，后液压支腿Ⅱ支撑着地，提高机器人作业稳定性；

回转平台及其附属部件可360°转动，调整多级伸缩臂的方位，通过变幅油缸与调整大臂的俯仰角，连接臂通过伸缩油缸实现伸出与收缩，小臂在伸缩链条的带动下实现与连接臂同步伸出与收缩，在变幅油缸、伸缩油缸和伸缩链条的共同作用下，调整大臂、连接臂以及小臂的位姿；

调平油缸Ⅰ和调平油缸Ⅱ协调调整工作台的位姿，保持工作台水平，俯仰油缸上下俯仰以及摆动油缸的左右摆动实现水枪架的位姿微调，通过跟踪摄像机采集的图像，确定水枪的位姿，水枪喷射高纯度水进行冲洗作业；

辅冲机器人在作业时，通过调节云台实现第二水枪水平及俯仰两个方向运动，第二水枪架上通过螺栓安装有第二跟踪摄像机，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，第二跟踪摄像机正下方装有第二激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离，通过跟踪摄像机采集的图像，确定水枪的位姿，水枪喷射高纯度水进行冲洗作业。