CN105159189A - 一种输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置 - Google Patents

Abstract

一种输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置。其包括主控制器系统、倾角传感器、电源监测模块、超声传感器、光电传感器、绝缘子检测模块、GPS模块、无线传输模块、电机驱动模块和LED指示灯；主控制器系统分别与倾角传感器、电源监测模块、超声传感器、光电传感器、绝缘子检测模块、GPS模块、无线传输模块、电机驱动模块和LED指示灯相连接。本发明提供的输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置的有益效果：可以由地面操作人员发送指令控制绝缘子串机器人的各种动作，并且能够与地面操控端进行通信，以满足数据交换传输和遥操作指令发送需要。

Description

一种输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置

技术领域

本发明属于绝缘检测技术领域，特别是涉及一种输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置。

背景技术

随着社会的发展，激增的工农业和居民用电需求和技术的进步促使电力系统的容量不断增大、额定电压等级也不断提高。与此同时，架空输电线路中的污闪事故也不断增多。这是因为高压绝缘子长期暴露于大气中并处于强电场、强机械应力、温差变化、风吹雨打等恶劣环境中，因此绝缘子出现故障的几率非常大，劣化或击穿的绝缘子严重威胁着电力系统的安全运行。据统计国内仅110V线路发生不明原因闪落所占比例为故障率的22％，每年造成很大的经济损失。尤其是最近美国、加拿大发生的大面积电网停电事故，更给电力系统以深刻的警示，因此对高压输电线路绝缘子的预防检测愈来愈重视，同时对绝缘子检测仪器的要求也愈来愈高。电网中由于不良绝缘子造成的线路闪络事故时常发生，已给国民经济造成了巨大的损失。因此，检测高压输电线路的不良绝缘子已成为国内外电力部门十分关注的一个问题。

目前，绝缘子检测主要还是采用人工登塔方式进行检测，但在实际应用中一方面由于超高压输电线绝缘子所处的特殊电气环境，要么存在较大的安全隐患，要么检测效果受到天气、温度、湿度等环境因素的影响；另一方面，由于架空输电线路中绝缘子的数量众多，存在人工检测劳动强度大，工作效率低等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置。

为了达到上述目的，本发明提供的输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置包括：主控制器系统、倾角传感器、电源监测模块、超声传感器、光电传感器、绝缘子检测模块、GPS模块、无线传输模块、电机驱动模块和LED指示灯；其中：主控制器系统分别与倾角传感器、电源监测模块、超声传感器、光电传感器、绝缘子检测模块、GPS模块、无线传输模块、电机驱动模块和LED指示灯相连接。

所述的主控制器系统的主控核心器件为ARM处理器，选用STM32F103VE。

所述的倾角传感器的型号为Meas/Anglestar。

所述的超声传感器的型号为wenglorUMD123U035。

所述的光电传感器为安装在绝缘子串检测机器人上的LD39/116红外光电传感器。

本发明提供的输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置的有益效果：

可以由地面操作人员发送指令控制绝缘子串机器人的各种动作，并且能够与地面操控端进行通信，以满足数据交换传输和遥操作指令发送需要。

附图说明

图1为本发明提供的输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置构成框图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置进行详细说明。

绝缘子检测机器人是一类辅助人工在高空、高压的复杂电磁环境中对架空输电线路悬垂绝缘子串中低值和零值绝缘子进行检测的机器人，能够很大程度地减小工作人员风险、减少停电检修时间、及时准确发现事故隐患，具有很大的发展前景和研究意义。绝缘子串检测机器人的应用范围主要是检测停电或带电的架空输电线路上的绝缘子，尤其是超高压、特高压线路，可有效替代人工完成绝缘子的检测工作。应用该机器人进行巡检作业，不仅可以减少因工作人员疏忽、漏检等带来的损失，提高电网的运行质量，而且可以减少供电系统的人员投入，降低人员成本。尤其在恶劣环境中人工检测工作十分艰辛，并且很难保证工作质量，只有采用先进的检测方式和工具，才可以适当地减短巡检周期，及时发现存在的缺陷，更有效地消除事故隐患，确保电力系统的安全稳定运行。

其中控制系统采用发明提供的输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置，如图1所示，本发明提供的输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置包括：主控制器系统1、倾角传感器2、电源监测模块3、超声传感器4、光电传感器5、绝缘子检测模块6、GPS模块7、无线传输模块8、电机驱动模块9和LED指示灯10；其中：主控制器系统1分别与倾角传感器2、电源监测模块3、超声传感器4、光电传感器5、绝缘子检测模块6、GPS模块7、无线传输模块8、电机驱动模块9和LED指示灯10相连接。

主控制器系统1为以微处理器芯片为核心的控制器电路，其为本装置的控制核心；

倾角传感器2为安装在绝缘子串检测机器人上的倾斜角度传感器，用于测量该机器人相对于水平面的倾角，保证机器人在极限位置时环抱绝缘子串角度大于180°，保证机器人不会在外界干扰如大风，震动等情况下脱开绝缘子串，防止机器人意外坠落；型号为Meas/Anglestar。

电源监测模块3为电源状态监测电路，其与本装置的电源相连接，用于检测电源的工作状态，并将信息传送给主控制器系统1；

超声传感器4为安装在绝缘子串检测机器人上的相对位置传感器，用于测量该机器人与绝缘子串之间的距离；型号为wenglorUMD123U035。

光电传感器5为安装在绝缘子串检测机器人上的LD39/116红外光电传感器，用于检测绝缘子串的位置，并在每次到达位置时触发绝缘子串检测机器人上的探针进行测量；

绝缘子检测模块6为安装在绝缘子串检测机器人上的绝缘子绝缘电阻检测装置,用于检测绝缘子串的绝缘电阻；

GPS模块7为卫星全球定位装置，用于实时检测本装置地理位置信息，并传送给主控制器系统1；

无线传输模块8为无线数据收发电路；用于实现本装置与远端控制台的无线连接；

电机驱动模块9与绝缘子串检测机器人上的驱动电机相连接,主控制器系统1通过电机驱动模块9控制该驱动电机运行；

LED指示灯10为本装置的工作状态显示器。

所述的主控制器系统1的主控核心器件为ARM处理器，拟选用STM32F103VE。STM32系列芯片结合了高性能、实时、低功耗、低电压等特性，内部集成整合了非常丰富的资源，涵盖了机器人控制所需的所有外设和结构。此外，STM32系列芯片非常易于调试。

所述的电机驱动模块8采用伺服系统驱动，驱动电机采用Maxon电机。系统24V供电，驱动电机前端配备行星齿轮减速器。

另外，所述的输电线路绝缘子串检测机器人本体结构设计需要满足稳定性，便携性和易用性的要求，其主要组成部件有攀爬机构、保护导向杆和控制箱。

所述的输电线路绝缘子串检测机器人对于其本体有较为严格的尺寸和重量限制，为减小机器人体积和重量，设置了控制箱，这样更易于在电磁兼容等特性上进行把关。电路板为4层板设计，由于机器人上有较多的感测器、驱动器等设备，所有的端口在满足电气特性的前提下选用最小接插，并合理设计安排走线。

控制箱和绝缘子检测模块6应考虑轻量化和小型化设计，并与本体稳定连接。控制箱内安装有主控制器系统1、无线传输模块8、电机驱动模块9、电源监测模块3以及系统电源，采用小型航空插头与绝缘子检测模块6以及电机、传感器等外围器件连接；绝缘子检测模块6与探针执行运动机构或采用一体化设计。

系统电源采用24V锂电池供电，通过稳压模块满足系统内部不同设备供电需要；主控制器系统1以总线或独立控制方式连接电机驱动模块9，用于驱动机器人上的驱动电机动作；无线传输模块9为小型传输电台，用来和地面操控端通信，满足数据交换传输和遥操作指令发送需要。

所述的绝缘子检测模块6为绝缘子串绝缘状态测量装置，其包括：

(1)电源发生器

为了得到稳定的高压，系统设计了带有过流保护的稳压电路。先将输出电压采样反馈到运放的正输入端，再与负输入端的基准电压比较后来控制后级电路的状态，从而达到系统自动调节电压的目的。

该电源发生器结构简单、易于调节，稳压电路采用了负反馈，具有自动调节电压的功能，同时带有过电流保护功能，因此可作为绝缘电阻测试仪的高压电源。

(2)检测模块控制系统

控制系统主要包括微控制器、存储系统，控制系统完成对测量的绝缘子绝缘电阻的采集、处理、显示和存储。检测结果可经过USB接口传输给计算机。

本发明提供的输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置的工作过程：

主控制器系统1上电初始化后，通过总线控制电机驱动模块9，利用绝缘子串检测机器人上的驱动电机使机器人在绝缘子串上爬行，倾角传感器2检测驱动电机转动的方向和角度，主控制器系统1接收倾角传感器2发送的数据，以判断驱动电机是继续爬行还是停止，超声传感器4在机器人行进中检测其与绝缘子串之间的距离，以及是否符合绝缘子检测模块6对某一片绝缘子进行绝缘阻值进行检测的检测位置，并反馈给主控制器系统1，如符合条件，光电传感器5将触发机器人上的探针开始测量阻值，测量出的数据发送给绝缘子检测模块6，绝缘子检测模块6对数据进行后期分析并发送给主控制器系统1进行数据存储。LED指示灯10用于显示绝缘子串检测机器人在工作时的状态情况。电源检测模块3检测机器人电源用电情况和电池电量状态，并将所采集的信息发送给主控制器系统1。无线传输模块8通过地面控制器可实现远程对绝缘子串检测机器人即主控制器系统1的无线控制。GPS模块7实现绝缘子串检测机器人地理位置定位，并将定位信息传送给主控制器系统1。

Claims (5)

1.一种输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置，其特征在于：所述的输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置包括：主控制器系统(1)、倾角传感器(2)、电源监测模块(3)、超声传感器(4)、光电传感器(5)、绝缘子检测模块(6)、GPS模块(7)、无线传输模块(8)、电机驱动模块(9)和LED指示灯(10)；其中：主控制器系统(1)分别与倾角传感器(2)、电源监测模块(3)、超声传感器(4)、光电传感器(5)、绝缘子检测模块(6)、GPS模块(7)、无线传输模块(8)、电机驱动模块(9)和LED指示灯(10)相连接。

2.根据权利要求1所述的输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置，其特征在于：所述的主控制器系统(1)的主控核心器件为ARM处理器，选用STM32F103VE。

3.根据权利要求1所述的输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置，其特征在于：所述的倾角传感器(2)的型号为Meas/Anglestar。

4.根据权利要求1所述的输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置，其特征在于：所述的超声传感器(4)的型号为wenglorUMD123U035。

5.根据权利要求1所述的输电线路绝缘子串检测机器人的控制装置，其特征在于：所述的光电传感器(5)为安装在绝缘子串检测机器人上的LD39/116红外光电传感器。