CN107611844A - 一种架空线路绝缘包覆机器人系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种架空线路绝缘包覆机器人系统及其控制方法，作业人员将架空线路绝缘包覆机器人安装在架空线缆1上，控制机器人沿架空线缆1行走，同时绝缘涂料供应装置5控制绝缘涂料供应速度，将绝缘涂料通过管路输送到绝缘包覆机构3，绝缘包覆机构3将绝缘涂料包覆在架空线缆1上。线径检测仪2用于检测绝缘包覆完成后线缆直径，形成闭环，保证绝缘包覆作业效果良好，具有自动化程度高、精度高、效率高、可靠性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及架空线路技术领域，更具体地说，涉及一种架空线路绝缘包覆机器人系统及其控制方法。
背景技术
我国架空线路分布广、长度长，线路环境复杂，采用架空线路形式已经成为电力传输的主要形式，它的安全稳定运行直接影响到供电系统的可靠性。架空线路电力传输主要采裸导线形式，特别是配网裸导线高度低，容易与树木、建筑物等接触形成短路。随着配电网的快速发展，规模的日趋扩大，供电区域内种植树木的不断增加，严重的腐蚀、鸟害诸多因素的影响，运行中不可避免地出现人为或自然的故障，如遭受外力的破坏、相间短路、断线等故障越来越频繁，直接影响到企业生产用电和居民生活用电，使配电网的可靠性面临新的困难。
随着机器人技术的发展，越来越多的机器人代替人类从事环境恶劣、工序复杂的工作，机器人在架空线路方面应用技术的研究也逐步开展起来。为提高电力传输的安全性，采用机器人对架空导线进行包覆绝缘功能涂料是一种可行的工程技术途径。利用机器人进行架空线路绝缘包覆作业，不但可以减轻工人的劳动强度，而且提高了作业精度和作业效率，对提高电网自动化作业水平、保障电网安全运行具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种架空线路绝缘包覆机器人系统及其控制方法，欲实现提高电网自动化作业水平、作业精度、作业效率的目的。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种架空线路绝缘包覆机器人系统，包括：行走机构4、绝缘涂料供应装置5、绝缘包覆机构3、动力电池6、控制系统、和线径检测仪2；
行走机构4用于沿架空线缆1行走；
绝缘涂料供应装置5与行走机构4连接，用于存放绝缘涂料，并将存储的绝缘涂料输送给绝缘包覆机构3；
绝缘包覆机构3与行走机构4连接，用于将绝缘涂料包覆在架空线缆1外表面；
控制系统用于控制行走机构4的行走速度以及控制绝缘涂料供应装置5向绝缘包覆机构3输送绝缘涂料的速度；
线径检测仪2安装在绝缘包覆机构3上，用于检测绝缘包覆后架空线缆1的直径。
有效避免了因人为或自然因素造成的架空线路短路、断线等停电事故，且该系统具有自动化程度高、精度高、效率高、可靠性高等优点。
优选的，上述系统还包括：图传供电系统38、图传系统39、摄像头8和视频显示器41；
图传供电系统38分别连接图传系统39和控制器36；
摄像头8安装在机器人前后两端，将拍摄的图像通过图传系统39实时传输至视频显示器41。实现绝缘包覆作业过程的实时监控。
一种上述系统的控制方法，所述方法包括：
接收行走速度指令和绝缘涂料供应速度指令；
根据所述行走速度指令对行走机构4的行走速度进行控制；
根据所述绝缘涂料供应速度指令对绝缘涂料供应装置5的绝缘涂料供应速度进行控制；
接收线径检测仪2反馈的检测结果。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种架空线路绝缘包覆机器人系统及其控制方法，作业人员将架空线路绝缘包覆机器人安装在架空线缆1上，控制机器人沿架空线缆1行走，同时绝缘涂料供应装置5控制绝缘涂料供应速度，将绝缘涂料通过管路输送到绝缘包覆机构3，绝缘包覆机构3将绝缘涂料包覆在架空线缆1上。线径检测仪2用于检测绝缘包覆完成后线缆直径，形成闭环，保证绝缘包覆作业效果良好。
(1)本发明相对于传统的更换绝缘导线方法，减少了停电时间，降低了施工成本。(2)本发明机器人对架空导线包覆绝缘涂料，增强架空线路抵御恶劣自然环境的能力，线路的故障率下降，提高线路通道的利用率，防止环境对导线的直接影响。(3)本发明机器人绝缘包覆作业提高了供电的可靠性、稳定性和安全性，有利于节约线路维护管理费用，提高供电企业的经济效益，促进智能化电网的发展。(4)本发明机器人具有自动化程度高、精度高、效率高、可靠性高等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种架空线路绝缘包覆机器人系统的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种架空线路绝缘包覆机器人系统的前视图；
图3为本发明实施例提供的一种架空线路绝缘包覆机器人系统的后视图；
图4为本发明实施例提供的一种绝缘涂料供应装置结构图；
图5为本发明实施例提供的一种控制系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种控制系统的结构示意图。
其中，1、架空线缆，2、线径检测仪，3、绝缘包覆机构，4、行走机构，5、绝缘涂料供应装置，6、电源模块，7、挂钩，8、摄像头，9、摄像头支架，10、吊环，11、同步带轮，12、同步带，13、涨紧轮，14、顶板，15、副板，16、行走轮，17、供应装置挂件，18、主板，19、行走电机，20、齿轮箱，21、涂料桶压板，22、前板，23、绝缘涂料桶，24、中板，25、推盘，26、电动缸固定板连接件，27、电动缸固定板，28、伺服电动缸，29、防护板，30、后板，31、支架，32、接近开关，33、支撑件，34、电缸电机，35、驱动器，36、控制器，37、数传模块，38、图传供电系统，39、图传系统，40、遥控器，41、视频显示，42、RS485总线，43、CAN总线，44、RS232。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为本发明实施例提供的一种架空线路绝缘包覆机器人系统的整体结构示意图，该系统包括行走机构4、绝缘涂料供应装置5、绝缘包覆机构3、电源模块6、控制系统(未示出)、和线径检测仪2。行走机构4用于沿架空线缆1行走；绝缘涂料供应装置5用于存放绝缘涂料，并将存储的绝缘涂料输送给绝缘包覆机构3；绝缘包覆机构3，用于将绝缘涂料包覆在架空线缆1外表面；控制系统用于控制行走机构4的行走速度以及控制绝缘涂料供应装置5向绝缘包覆机构3输送绝缘涂料的速度；线径检测仪2用于检测绝缘包覆后架空线缆1的直径。进而完成架空线缆1的绝缘包覆和检测作业。电源模块6为本发明的系统提供电能。
本发明的工作原理：
作业人员将架空线路绝缘包覆机器人安装在架空线缆1上，控制机器人沿架空线缆1行走，同时绝缘涂料供应装置5控制绝缘涂料供应速度，将绝缘涂料通过管路输送到绝缘包覆机构3，绝缘包覆机构3将绝缘涂料包覆在架空线缆1上。机器人行走速度和绝缘涂料供应速度的精确配比，以及绝缘包覆机构3出口与线缆线径的距离，是保证绝缘包覆质量和绝缘包覆层厚度的关键。线径检测仪2用于检测绝缘包覆完成后线缆直径，形成闭环，保证绝缘包覆作业效果良好。
图2、图3所示为本发明实施例提供的架空线路绝缘包覆机器人系统的具体结构图。
行走机构4包括顶板14、主板18、副板15、行走电机19、齿轮箱20、行走轮16、同步带轮11、同步带12、涨紧轮13、吊环10、供应装置挂件17等。行走机构4的主体框架由顶板14、主板18、副板15连接而成，行走轮16通过行走轮轴安装在主板18和副板15之间。齿轮箱20安装在主板18上，与主行走轮轴连接。行走电机19安装在齿轮箱20上，通过齿轮箱20内的锥齿轮组与主行走轮轴连接。控制行走电机19正反转，可驱动行走机构4沿架空线缆1往复行走。同步带轮11安装在行走轮轴另一端，通过同步带12相连。涨紧轮13安装在副板15上，用于调节同步带12的松紧度。吊环10安装在顶板14上，用于机器人系统上线或下线的吊装。供应装置挂件17用于连接绝缘涂料供应装置5。
绝缘包覆机构3通过挂钩7与行走机构4相连，由左右两部分组成，单侧开合结构，一侧由销轴连接，左右两部分能以销轴为中心在一定角度范围内转动，另一侧通过机械结构锁合。绝缘包覆机构3扣合后，内侧中心与架空线缆1契合，起支撑和导向作用。绝缘包覆机构3出口距离架空线缆1外径一定距离，以保证绝缘层厚度。绝缘涂料供应装置5通过管路将绝缘涂料输送到绝缘包覆机构3，经过绝缘包覆机构3内腔输送到出口，行走机构4拖动绝缘包覆机构3行走，将绝缘涂料包覆在架空线缆1上。
优选的，电源模块6为动力电池，具体可以为可充电锂电池组件，安装在绝缘涂料供应装置5后板30上，为机器人作业提供动力，即向行走机构4、绝缘涂料供应装置5、以及其它模块提供电能。
图4所示为绝缘涂料供应装置结构图，该绝缘涂料供应装置5包括：伺服电动缸28、电动缸固定板27、电缸固定板连接件26、推盘25、绝缘涂料桶23、涂料桶压板21、接近开关32、防护板29和支撑结构件等。支撑结构件包括后板30、中板24、前板22和支撑件33，是伺服电动缸28、绝缘涂料桶23和控制系统元器件的支撑结构。伺服电动缸28后端安装在支撑结构件的后板30上，伺服电动缸28前端安装在电动缸固定板27上；电动缸固定板27通过电缸固定板连接件26安装在支撑结构件中板24上；伺服电动缸28的推杆与推盘25连接。绝缘涂料桶23为绝缘涂料存放的密闭容器，通过涂料桶压板21固定在支撑结构件上。接近开关32安装在电缸固定板27上，与控制器36相连，通过检测推盘25的距离，控制伺服电动缸28推杆退回时的停止位，避免损坏伺服电动缸28。防护板29安装在绝缘涂料供应装置5后半侧，起防护作用和带电作业时的电磁屏蔽作用。电缸电机34连接伺服电动缸28，伺服电动缸28通过推盘25推动绝缘涂料桶23活塞底盘，将绝缘涂料输送给绝缘包覆机构3。所述绝缘涂料供应装置5通过两个支架31与行走机构4相连，绝缘涂料桶23通过绝缘涂料输送管路与绝缘包覆机构3连接。通过精确控制电缸电机34的转动，控制伺服电动缸28的推杆的进给运动。
图5所示为控制系统框图，包括机器人本体部分和地面工作站部分。机器人本体部分包括控制器36、连接控制器36与线径检测仪2的RS485总线42、驱动器35、连接驱动器35与控制器36的CAN总线43、数传模块37、连接数传模块37与控制器36的RS232总线44。地面工作站部分包括遥控器40。行走电机19与一个驱动器35连接，电缸电机34与另一个驱动器35连接，所有的驱动器35通过CAN总线43与控制器36连接。控制器36、数传模块37固定在主板18上。主板18、行走电机19、电缸电机34、驱动器35安装在机器人本体内部。遥控器40通过数传模块37将控制命令发送至控制器36，进而控制电缸电机34和行走电机19的工作状态。
图6所示为另一种控制系统框图，相对于图5提供的控制系统，还包括视频监控装置，视频监控装置包括：图传供电系统38、图传系统39、摄像头8、视频显示器41。摄像头8通过摄像头安装架9安装在机器人前后两端。摄像头8拍摄的图像通过图传系统39实时传输至视频显示器41。视频监控系统用于机器人绝缘包覆作业过程的实时监控。
线径检测仪2安装在绝缘包覆机构3上，用于检测绝缘包覆后架空线缆1的直径。
本实施例提供一种上述系统的控制方法，该方法包括：
步骤11：接收行走速度指令和绝缘涂料供应速度指令。
遥控器40设置有行走速度调节模块和绝缘涂料供应速度调节模块。作业人员通过遥控器40调节行走速度和绝缘涂料供应速度，进而遥控器40根据作业人员的调节生成行走速度指令和绝缘涂料供应速度指令，发送至控制器36。
步骤12：根据所述行走速度指令对行走机构4的行走速度进行控制。
控制器36根据接收到的行走速度指令，将行走速度控制命令通过CAN总线43发送至驱动器35，进而控制行走机构4的行走速度。
步骤13：根据所述绝缘涂料供应速度指令对绝缘涂料供应装置5的绝缘涂料供应速度进行控制。
控制器36根据接收到的绝缘涂料供应速度指令，将绝缘涂料供应速度控制命令通过CAN总线43发送至驱动器35，进而控制绝缘涂料供应装置5的绝缘涂料供应速度。
步骤14：接收线径检测仪2反馈的检测结果。
控制器36接收到线径检测仪2反馈的检测结果后，可以根据预先设定的规则，自动调节行走机构4和/或绝缘涂料供应装置5的工作状态；也可以将检测结果通过数传模块37传输至遥控器40，并进行显示，作业人员可以根据检测结果手动调节行走机构4和/或绝缘涂料供应装置5的工作状态。假如，理想情况下架空线缆1包覆绝缘涂料后为直径应4厘米，但是，检测结果为3厘米，则作业人员可以通过遥控器36加快绝缘涂料供应装置5的绝缘涂料供应速度，和/或，减慢行走机构4的行走速度，直至检测结果在4厘米的误差范围内为止。
本发明架空线路绝缘包覆机器人系统的作业过程为：
(1)作业人员通过滑轮组或高空斗臂车将架空线路绝缘包覆机器人安装在需要绝缘包覆作业的架空线缆1的杆塔侧。
(2)地面操作人员控制机器人行走至另一侧杆塔(也可在一侧开始作业在另一侧取下)，控制机器人进行绝缘包覆作业。
(3)机器人行走至杆塔侧，完成一根导线一档距的绝缘包覆作业，停止机器人运行，作业人员将机器人从架空线缆1上卸下。
(4)更换绝缘涂料桶23或更换绝缘涂料供应装置5，重复1-3步骤，进行下一根导线绝缘包覆作业。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种架空线路绝缘包覆机器人系统，其特征在于，包括：行走机构(4)、绝缘涂料供应装置(5)、绝缘包覆机构(3)、电源模块(6)、控制系统、和线径检测仪(2)；
行走机构(4)用于沿架空线缆(1)行走；
绝缘涂料供应装置(5)与行走机构(4)连接，用于存放绝缘涂料，并将存储的绝缘涂料输送给绝缘包覆机构(3)；
绝缘包覆机构(3)与行走机构(4)连接，用于将绝缘涂料包覆在架空线缆(1)外表面；
控制系统用于控制行走机构(4)的行走速度以及控制绝缘涂料供应装置(5)向绝缘包覆机构(3)输送绝缘涂料的速度；
线径检测仪(2)安装在绝缘包覆机构(3)上，用于检测绝缘包覆后架空线缆(1)的直径。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述行走机构(4)包括：顶板(14)、主板(18)、副板(15)、行走电机(19)、齿轮箱(20)、行走轮(16)、同步带轮(11)、同步带(12)、涨紧轮(13)、吊环(10)、供应装置挂件(17)；
顶板(14)、主板(18)、副板(15)连接成主体框架；
行走轮(16)通过行走轮轴安装在主板(18)和副板(15)之间；
齿轮箱(20)安装在主板(18)上，行走电机(19)安装在齿轮箱(20)上，通过齿轮箱(20)内的锥齿轮组与主行走轮轴一端连接；
同步带轮(11)安装在行走轮轴另一端，通过同步带(12)相连；
涨紧轮(13)安装在副板(15)上，用于调节同步带(12)的松紧度；
吊环(10)安装在顶板(14)上；
供应装置挂件(17)用于连接绝缘涂料供应装置(5)。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述绝缘包覆机构(3)通过挂钩(7)与行走机构(4)相连。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述绝缘包覆机构(3)为单侧开合结构，一侧由销轴连接，左右两部分能以销轴为中心在一定角度范围内转动，另一侧通过机械结构锁合；
绝缘包覆机构(3)扣合后，内侧中心与架空线缆(1)契合，起支撑和导向作用；
绝缘包覆机构(3)的出口距离架空线缆(1)外径一定距离；
绝缘涂料经过绝缘包覆机构(3)内腔输送到出口，将绝缘涂料包覆在架空线缆(1)上。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述绝缘涂料供应装置(5)包括：伺服电动缸(28)、电缸电机(34)、电动缸固定板(27)、电缸固定板连接件(26)、推盘(25)、绝缘涂料桶(23)、涂料桶压板(21)、接近开关(32)、支架(31)、防护板(29)、后板(30)、中板(24)、前板(22)和支撑件(33)；
伺服电动缸(28)后端安装在支撑结构件的后板(30)上，伺服电动缸(28)前端安装在电动缸固定板(27)上；
电动缸固定板(27)通过电缸固定板连接件(26)安装在中板(24)上；
伺服电动缸(28)的推杆与推盘(25)连接；
绝缘涂料桶(23)为绝缘涂料存放的密闭容器，通过涂料桶压板(21)固定在前板(22)上；
接近开关(32)安装在电缸固定板(27)上；
防护板(29)安装在绝缘涂料供应装置(5)后半侧；
绝缘涂料桶(23)通过绝缘涂料输送管路与绝缘包覆机构(3)连接；
绝缘涂料供应装置(5)通过两个支架(31)与行走机构(4)相连；
电缸电机(34)连接伺服电动缸(28)，伺服电动缸(28)通过推盘(25)推动绝缘涂料桶(23)活塞底盘，将绝缘涂料输送给绝缘包覆机构(3)。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述电源模块(6)安装在后板(30)上。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电源模块(6)为：可充电锂电池组。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制系统包括：机器人本体部分和地面工作站部分；
所述机器人本体部分包括控制器(36)、连接控制器(36)与线径检测仪(2)的RS485总线(42)、驱动器(35)、连接驱动器(35)与控制器(36)的CAN总线(43)、数传模块(37)、连接数传模块(37)与控制器(36)的RS232总线(44)，行走电机(19)与一个驱动器(35)连接，电缸电机(34)与另一个驱动器(35)连接；
所述地面工作站部分包括遥控器(40)，遥控器(40)通过数传模块(37)将控制命令发送至控制器(36)，进而控制电缸电机(34)和行走电机(19)的工作状态。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：图传供电系统(38)、图传系统(39)、摄像头(8)和视频显示器(41)；
图传供电系统(38)分别连接图传系统(39)和控制器(36)；
摄像头(8)安装在机器人前后两端，将拍摄的图像通过图传系统(39)实时传输至视频显示器(41)。
10.一种权利要求1～9任一项所述系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
接收行走速度指令和绝缘涂料供应速度指令；
根据所述行走速度指令对行走机构(4)的行走速度进行控制；
根据所述绝缘涂料供应速度指令对绝缘涂料供应装置(5)的绝缘涂料供应速度进行控制；
接收线径检测仪(2)反馈的检测结果。
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