CN105607069A - 一种基于超声波的电力设备无损检测平台及其避障方法 - Google Patents

Abstract

一种基于超声波的电力设备无损检测平台及其避障方法，其特征是：无损检测平台包括平台车(1)，机械旋转底座(5)，机械手臂(4)，声波传感器(3)，设在机械手臂(4)顶端的检测装置(2)；设有数据处理单元和平台系统控制单元依次连接，其中数据处理单元分别与超声波传感器进行连接，并安装在平台车的内部，用作处理数据和控制平台车、机械手臂的动作；并设有无线传输单元与平台系统控制单元连接，无线传输单元还连接控制站，用作数据的传输。本发明的有益效果是：可以有效地降低电力设备无损检测平台在前进和工作过程中发生危险的可能性，提高了电力设备无损检测平台的安全性。

Description

一种基于超声波的电力设备无损检测平台及其避障方法

技术领域

本发明属于电力设备无损检测平台控制技术领域，具体设计一种关于平台车和机械手臂的避障方法，可以广泛应用于电力设备无损检测平台在变电站设备的检测中。

背景技术

在变电站设备的检测过程中，如今的检测设备比较笨重，检测所需要的线路比较繁多，这使得在检测设备的准备过程中浪费了大量的人力物力，造成了工作效率的下降。

为了提高工作效率，减少人力物力的浪费，设计了电力设备无损检测平台，这种智能平台可以单独携带设备进入检测区域进行对设备的检测。由于需要进入变电站等场所工作，电力设备无损检测平台有自己的导航系统无需操作者操作，但是在前进和工作的过程中有一些障碍和危险的区域，比如：前进过程中的障碍物和位于被检测设备上方的电线，这就需要电力设备无损检测平台有自己的避障系统，防止平台车撞在障碍物上或者机械臂距离电线太近而造成平台触电。

在电力设备无损检测平台上的避障系统具有实时测距功能，可以实时测得距离障碍物或者电线的距离。常见的测距传感器有激光雷达和超声波传感器。

激光雷达传感器在近几年的应用比较广泛，因为它具有较高的精度。相比于其他的距离传感器，激光雷达可以同时满足精度和速度的要求，这方面特别适用于移动机器人，而且激光雷达还可以在黑暗的环境中进行工作。但是这种聚力传感器的缺点是安装精度要求高，价格比较昂贵等。

超声波反射能力强，指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播距离较远。利用超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制等优点。超声波传感器的环境适应能力强，在阴影、灰尘、烟雾等环境下，基本不会受到影响。仍然可以准确的测量出到障碍物的距离。

跟激光雷达相比较，超声波传感器具有价格比较便宜，不易损坏等优势，而且超声波传感器结构简单、体积小、信号处理简单可靠，易于小型化和集成化。超声波传感器测量距离时超声波发射器首先向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时，得到时间差之后通过计算即得到障碍物的距离。

发明内容

本发明是利用超声波测距技术，针对电力设备无损检测平台在变电站设备检测过程中遇到的障碍物和有危险的电线首先通过超声波测距，之后将测得的数据传输给检测平台控制系统，检查平台控制系统根据测得的距离向平台车和机械手臂发出命令，即可完成对障碍物和电线的避障。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于超声波的电力设备无损检测平台，本发明其特征是：包括平台车，设置在平台车上的机械旋转底座，设置在机械旋转底座上的机械手臂，分别设在平台车前部和机械手臂顶端和手臂周围的超声波传感器，设在机械手臂顶端的检测装置；设有数据处理单元和平台系统控制单元依次连接，其中数据处理单元分别与超声波传感器进行连接，并安装在平台车的内部，用作处理数据和控制平台车、机械手臂的动作；并设有无线传输单元与平台系统控制单元连接，无线传输单元还连接控制站，用作数据的传输；

一种基于超声波的电力设备无损检测平台的避障方法，包括以下几个步骤：

(1)平台车前进过程中，机械手臂不动作，位于平台车前端的超声波传感器开始工作向前发射超声波；

(2)超声波传感器测量记录从超声波发射到接受到反射回来的超声波时的时间t1，并将其传输给数据处理单元；

(3)数据处理单元根据超声波传感器传来的数据计算出超声波传感器到障碍物之间的距离d1；

(4)数据处理单元对比超声波传感器到前方障碍物的距离d1和平台车与障碍物的安全距离D1，如果d1>D1，平台车前进安全，反之则有危险；

(5)当平台车前进安全时，避障系统重复上述步骤，当处于危险时，平台系统控制单元控制平台车进行避障，无线传输装置将实时数据传回给操作站，供操作人员参考；

(6)平台车到达目标设备进行检查作业时，机械手臂开始动作，位于机械手臂上的超声波传感器开始工作，超声波传感器向前发射超声波；

(7)超声波传感器测量记录从超声波发射到接受到反射回来的超声波时的时间t2，并将其传输给数据处理单元；

(8)数据处理单元根据超声波传感器传来的数据计算出超声波传感器到带电设备之间的距离d2；

(9)数据处理单元对比超声波传感器到带电设备的距离d2和机械手臂与带电设备的安全距离D2，如果d2>D2，机械手臂作业安全，反之则有危险；

(10)当机械手臂作业安全时，避障系统重复上述步骤，当处于危险时，平台系统控制单元控制机械手臂远离带电设备，无线传输装置将实时数据传回给操作站，供操作人员参考。

注：如果当前电力设备无损检测平台为手动导向模式，则将此距离信息发给地面控制站作为参考，由地面控制站控制平台车和机械手臂的动作。

本发明用户通过控制站设置距离的多个阈值，并设置当距离到达某一阈值时电力设备无损检测平台的响应动作，包括：提醒操作者距离太近，减速移动，停止动作，平台车和机械手臂反方向移动。

本发明的有益效果是：可以有效地降低电力设备无损检测平台在前进和工作过程中发生危险的可能性，提高了电力设备无损检测平台的安全性。

附图说明

图1是电力设备无损检测平台避障系统的系统结构图；

其中1是平台车，2是检测时所安装的设备，3是超声波传感器，4是机械手臂，5是可旋转机械底座；

图2是电力设备无损检测平台系统示意图；

图3-1是电力设备无损检测平台工作示意图；

图3-2中6是位于检测设备上空的带电设备；

图3-3中7是障碍物。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

如图1，图2，一种基于超声波的电力设备无损检测平台，本发明其特征是：包括平台车，设置在平台车上的机械旋转底座，设置在机械旋转底座上的机械手臂，分别设在平台车前部和机械手臂顶端和手臂周围的超声波传感器，设在机械手臂顶端的检测装置；设有数据处理单元和平台系统控制单元依次连接，其中数据处理单元分别与超声波传感器进行连接，并安装在平台车的内部，用作处理数据和控制平台车、机械手臂的动作；并设有无线传输单元与平台系统控制单元连接，无线传输单元还连接控制站，用作数据的传输；

一种基于超声波的电力设备无损检测平台的避障方法，包括以下几个步骤：

(10)平台车前进过程中，机械手臂不动作，位于平台车前端的超声波传感器开始工作向前发射超声波；

(11)超声波传感器测量记录从超声波发射到接受到反射回来的超声波时的时间t1，并将其传输给数据处理单元；

(12)数据处理单元根据超声波传感器传来的数据计算出超声波传感器到障碍物之间的距离d1；

(13)数据处理单元对比超声波传感器到前方障碍物的距离d1和平台车与障碍物的安全距离D1，如果d1>D1，平台车前进安全，反之则有危险；

(14)当平台车前进安全时，避障系统重复上述步骤，当处于危险时，平台系统控制单元控制平台车进行避障，无线传输装置将实时数据传回给操作站，供操作人员参考；

(15)平台车到达目标设备进行检查作业时，机械手臂开始动作，位于机械手臂上的超声波传感器开始工作，超声波传感器向前发射超声波；

(16)超声波传感器测量记录从超声波发射到接受到反射回来的超声波时的时间t2，并将其传输给数据处理单元；

(17)数据处理单元根据超声波传感器传来的数据计算出超声波传感器到带电设备之间的距离d2；

(18)数据处理单元对比超声波传感器到带电设备的距离d2和机械手臂与带电设备的安全距离D2，如果d2>D2，机械手臂作业安全，反之则有危险；

(10)当机械手臂作业安全时，避障系统重复上述步骤，当处于危险时，平台系统控制单元控制机械手臂远离带电设备，无线传输装置将实时数据传回给操作站，供操作人员参考。

注：如果当前电力设备无损检测平台为手动导向模式，则将此距离信息发给地面控制站作为参考，由地面控制站控制平台车和机械手臂的动作。

本发明用户通过控制站设置距离的多个阈值，并设置当距离到达某一阈值时电力设备无损检测平台的响应动作，包括：提醒操作者距离太近，减速移动，停止动作，平台车和机械手臂反方向移动。

图3是电力设备无损检测平台避障系统工作示意图。如图所示，电力设备无损检测平台工作时前方和上方分别有障碍物和电线，超声波传感器安装在平台车的前方和机械手臂上。

在电力设备无损检测平台前进过程中每过一段时间位于平台车前方的超声波传感器就向前方发生一次超声波，检测平台车与障碍物的距离，将超声波传感器检测到的数据传输给数据处理单元，数据处理单元处理完数据后得到平台车到障碍物的距离，将数据处理单元处理完的数据传给平台控制单元，平台控制单元根据此时的距离向平台车下达命令，平台车做出响应动作避开障碍物，继续前进。

控制站的操作人员可以通过控制站设置距离的阈值，当平台车与障碍物的距离到达某一阈值时做出响应动作比如：当平台车与障碍物的距离小于5m时，小车减速前进；当平台车与障碍物的距离小于1m时，平台车反方向移动；当平台车与障碍物的距离小于0.5m时，说明平台车控制系统出现问题，平台车停止移动，并提醒控制站的操作人员改为手动操作。

在电力设备无损检测平台检测设备的过程中，机械手臂需要伸展开，此时位于机械和手臂上的超声波传感器就向前方发生一次超声波，检测机械手臂与带电设备的距离，将超声波传感器检测到的数据传输给数据处理单元，数据处理单元处理完数据后得到机械手臂到带电设备的距离，将数据处理单元处理完的数据传给平台控制单元，平台控制单元根据此时的距离向机械手臂下达命令，机械手臂做出响应动作远离带电设备。

控制站的操作人员可以根据实际情况设置机械手臂安全距离的阈值；比如当检测设备为110kv设备带电部分时，将安全距离设为1.5m，即当机械手臂与带电设备的距离小于1.5m时，机械手臂向相反的方向移动；当检测设备为10kv设备带电部分时，将安全距离设为0.7m，即当机械手臂与带电设备的距离小于0.7m时，机械手臂向相反的方向移动。

Claims (2)

1.一种基于超声波的电力设备无损检测平台，其特征是：无损检测平台包括平台车(1)，设置在平台车(1)上的机械旋转底座(5)，设置在机械旋转底座(5)上的机械手臂(4)，分别设在平台车(1)前部和机械手臂(4)顶端和手臂周围的超声波传感器(3)，设在机械手臂(4)顶端的检测装置(2)；设有数据处理单元和平台系统控制单元依次连接，其中数据处理单元分别与超声波传感器进行连接，并安装在平台车的内部，用作处理数据和控制平台车、机械手臂的动作；并设有无线传输单元与平台系统控制单元连接，无线传输单元还连接控制站，用作数据的传输。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声波的电力设备无损检测平台的避障方法，其特征是：避障方法包括以下几个步骤：

(1)平台车前进过程中，机械手臂不动作，位于平台车前端的超声波传感器开始工作向前发射超声波；

(2)超声波传感器测量记录从超声波发射到接受到反射回来的超声波时的时间t1，并将其传输给数据处理单元；

(3)数据处理单元根据超声波传感器传来的数据计算出超声波传感器到障碍物之间的距离d1；

(4)数据处理单元对比超声波传感器到前方-障碍物的距离d1和平台车与障碍物的安全距离D1，如果d1>D1，平台车前进安全，反之则有危险；

(5)当平台车前进安全时，避障系统重复上述步骤，当处于危险时，平台系统控制单元控制平台车进行避障，无线传输装置将实时数据传回给操作站，供操作人员参考；

(6)平台车到达目标设备进行检查作业时，机械手臂开始动作，位于机械手臂上的超声波传感器开始工作，超声波传感器向前发射超声波；

(7)超声波传感器测量记录从超声波发射到接受到反射回来的超声波时的时间t2，并将其传输给数据处理单元；

(8)数据处理单元根据超声波传感器传来的数据计算出超声波传感器到带电设备之间的距离d2；

(9)数据处理单元对比超声波传感器到带电设备的距离d2和机械手臂与带电设备的安全距离D2，如果d2>D2，机械手臂作业安全，反之则有危险；

(10)当机械手臂作业安全时，避障系统重复上述步骤，当处于危险时，平台系统控制单元控制机械手臂远离带电设备，无线传输装置将实时数据传回给操作站，供操作人员参考。