CN107677978B - 一种变电站电流互感器测试机器人及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站电流互感器测试机器人及其应用方法，机器人包括控制单元、吊篮和相互平行布置的两根绝缘绳，绝缘绳一端通过挂钩悬挂于被测试电流互感器的引流线上、另一端固定于地面上，且两根绝缘绳的挂钩分别悬挂于被测试电流互感器两端的引流线上，任一所述绝缘绳上均设有带有机械手夹爪的升降器，吊篮悬挂布置于两个升降器上，吊篮中设有测试仪，且测试仪分别通过连接导线各与一个机械手夹爪的夹持部电连接导通，控制单元分别与测试仪以及两个升降器的控制端相连；应用方法包括通过前述机器人完成变电站电流互感器测试。本发明具有结构简单紧凑、操作简便、控制精度高、测试效果好、可靠性高的优点。

Description

一种变电站电流互感器测试机器人及其应用方法

技术领域

本发明涉及电力系统的变电站电流互感器测试设备，具体涉及一种变电站电流互感器测试机器人及其应用方法。

背景技术

变电站电气设备试验，是检查、鉴定设备的运行状况和防止高压设备在运行中发生损坏的重要措施，是了解高压设备绝缘状态及运行性能的主要手段，是高压电气设备全过程管理工作的重要组成。目前，变电站电流互感器、避雷器等，由于安装位置较高，导致在对其进行检测、试验时需要通过人工攀爬、搭建脚手架或使用吊车来实现设备接线、仪器搬运和测试操作，存在工作周期长、劳动强度大、安全隐患多等缺点，以220kV变电站为例，仅仅搭建脚手架就需要一个工作日的时间，同时整个测试过程需要长时间停电，无法快速实现设备检测和供电恢复，工作效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种结构简单紧凑、操作简便、控制精度高、测试效果好、可靠性高的变电站电流互感器测试机器人及其应用方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种变电站电流互感器测试机器人，包括控制单元、吊篮和相互平行布置的两根绝缘绳，所述绝缘绳一端通过挂钩悬挂于被测试电流互感器的引流线上、另一端固定于地面上，且两根绝缘绳的挂钩分别悬挂于被测试电流互感器两端的引流线上，任一所述绝缘绳上均设有带有机械手夹爪的升降器，所述吊篮悬挂布置于两个升降器上，所述吊篮中设有测试仪，且所述测试仪分别通过连接导线各与一个机械手夹爪的夹持部电连接导通，所述控制单元分别与测试仪以及两个升降器的控制端相连。

优选地，所述绝缘绳相对竖直方向倾斜布置。

优选地，所述吊篮中设有倾角传感器，所述倾角传感器沿着两个升降器的连线方向布置，所述倾角传感器的输出端分别与控制单元相连。

优选地，所述升降器包括外壳，所述外壳的内壁上设有滑槽，所述外壳内设有压紧轮和传动轮，所述压紧轮的轴心位于传动轮的轴心的一侧且位于传动轮的轴心的上方，所述压紧轮的轮轴滑动布置于滑槽中，所述传动轮的轴与安装于外壳上的升降伺服电机相连，所述升降伺服电机的电源输入端作为升降器的控制端与控制单元相连。

优选地，所述外壳内位于压紧轮的外侧设有至少一对导向轮；所述外壳内位于传动轮的外侧设有至少一对导向轮。

优选地，所述机械手夹爪为具有三个自由度的机械手，所述具有三个自由度的机械手包括依次相连的柔性关节、旋转关节、伸缩关节和夹爪组件，所述柔性关节的安装固定于升降器的顶部，所述柔性关节为万向节柔性关节。

优选地，所述挂钩包括带有钩头的挂钩本体，所述挂钩本体与绝缘绳相连，所述挂钩本体上位于钩头的开口处设有用于和钩头配合将引流线锁紧的闭合杆，所述闭合杆通过转轴转动固定于挂钩本体内，所述转轴的外部设有涡轮，所述挂钩本体设有和涡轮配合的蜗杆，且所述蜗杆与设于挂钩本体上的驱动电机的输出轴相连，所述挂钩本体上还设有电源模块以及具有遥控控制功能的控制模块，所述电源模块分别与驱动电机、控制模块相连，所述控制模块的控制输出端与驱动电机的控制端相连。

优选地，所述挂钩本体上设有用于安装固定绝缘绳的连接环。

进一步地，本发明还提供一种变电站电流互感器测试机器人的应用方法，实施步骤包括：

1）在两根绝缘绳上分别安装升降器，将吊篮悬挂布置于两个升降器上，由人工通过绝缘杆将两根绝缘绳一端通过挂钩分别悬挂放置于被测试电流互感器两端的引流线上并夹紧，将绝缘绳另一端固定于地面上；

2）控制两个升降器沿着绝缘绳同步爬升、使得吊篮跟随两个升降器爬升，当被测试电流互感器的引流线进入机械手夹爪的操作范围内时停止升降器爬升；

3）控制两个机械手夹爪分别夹持在被测试电流互感器两端的引流线上，被测试电流互感器两端的引流线的电流信号通过连接导线与吊篮中的测试仪电连接导通，利用测试仪完成被测试电流互感器的测试；

4）测试完毕后，控制两个机械手夹爪松开引流线，控制两个升降器沿着绝缘绳同步下降使得吊篮跟随两个升降器下降，最终回收吊篮和升降器，将挂钩从引流线上取下，将绝缘绳从引流线上收回。

优选地，所述吊篮中设有倾角传感器，所述倾角传感器沿着两个升降器的连线方向布置，步骤2）中控制两个升降器沿着绝缘绳同步爬升时，控制单元实时检测倾角传感器输出的倾角，两个升降器处于同一水平面时吊篮水平布置且倾角传感器输出的倾角为初始角度，初始角度为0°或180°，如果倾角传感器输出的倾角不等于初始角度，则控制单元向较低侧的升降器发出一个转动惯量使得较低侧的升降器相对较高侧的升降器快速爬升直至倾角传感器输出的倾角为初始角度以使吊篮水平。

本发明的变电站电流互感器测试机器人具有下述优点：

1、本发明能够沿绳爬行，在绝缘绳上下移动，满足机器人高空作业要求。

2、本发明能够通过柔性接线夹完成电流互感器两端接线任务，并同测试仪相连，完成电流互感器的测试任务。

3、本发明原理简单、精准可靠、所需成本低、能广泛应用于变电站中，代替人工检测，提高供电质量。

本发明的变电站电流互感器测试机器人的应用方法为基于本发明的变电站电流互感器测试机器人来对被测试电流互感器两端的引流线进行自动化测试的应用方法，其同样也就有本发明的变电站电流互感器测试机器人的前述优点，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例机器人的应用主视结构上示意图。

图2为本发明实施例机器人的应用侧视结构上示意图。

图3为本发明实施例中升降器的结构示意图。

图4为本发明实施例中机械手夹爪的结构示意图。

图5为本发明实施例中挂钩的结构示意图。

图例说明：1、被测试电流互感器；11、引流线；2、绝缘绳；21、挂钩；211、钩头；212、挂钩本体；213、闭合杆；214、转轴；215、涡轮；216、蜗杆；217、驱动电机；218、控制模块；219、连接环；3、吊篮；4、升降器；41、外壳；411、滑槽；42、压紧轮；43、传动轮；44、导向轮；5、机械手夹爪；51、柔性关节；52、旋转关节；53、伸缩关节；54、夹爪组件；6、测试仪；61、连接导线。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例的变电站电流互感器测试机器人包括控制单元（图中省略未绘出）、吊篮3和相互平行布置的两根绝缘绳2（轻质），绝缘绳2一端通过挂钩21悬挂于被测试电流互感器1的引流线11上、另一端固定于地面上，且两根绝缘绳2的挂钩21分别悬挂于被测试电流互感器1两端的引流线11上，任一绝缘绳2上均设有带有机械手夹爪5的升降器4，吊篮3悬挂布置于两个升降器4上，吊篮3中设有测试仪6，且测试仪6分别通过连接导线61各与一个机械手夹爪5的夹持部电连接导通，控制单元分别与测试仪6以及两个升降器4的控制端相连。升降器4沿绝缘绳2爬行到被测试电流互感器1的引流线11附近的目标高度后，机械手夹爪5夹持被测试电流互感器1的引流线11，从而使吊篮3内的测试仪6与被测试电流互感器1的引流线11相连以便完成测试工作。

为保证吊篮3上升过程中与被测试电流互感器1的杆柱不触碰，本实施例中绝缘绳2相对竖直方向倾斜布置，使得绝缘绳2与被测试电流互感器1的杆柱成一定斜度，具体斜度可根据被测试电流互感器1的杆柱尺寸、吊篮3的尺寸计算得出，其目的是保证吊篮3上升过程中与被测试电流互感器1的杆柱不触碰。

本实施例中，吊篮3中设有倾角传感器，倾角传感器沿着两个升降器4的连线方向布置，倾角传感器的输出端分别与控制单元相连，以便控制单元根据测吊篮3内安装的倾角传感器控制两个升降器4同步上升，确保吊篮3稳定。

如图3所示，升降器4包括外壳41，外壳41的内壁上设有滑槽411，外壳41内设有压紧轮42和传动轮43，压紧轮42的轴心位于传动轮43的轴心的一侧且位于传动轮43的轴心的上方，压紧轮42的轮轴滑动布置于滑槽411中，传动轮43的轴与安装于外壳41上的升降伺服电机相连，升降伺服电机的电源输入端作为升降器4的控制端与控制单元相连。压紧轮42承受吊篮3以及测试仪6的仪器重量，沿滑槽411移动，绝缘绳2压紧在传动轮43上，通过传动轮43与绝缘绳2之间的作用力带动升降器4沿绝缘绳2运动。传动轮43顺时针旋转，如果驱动力矩大于载重和自重引起的阻力矩时，升降器4上升；相反，如果传动轮43逆时针旋转，则可控制升降器4下降。

如图3所示，外壳41内位于压紧轮42的外侧设有两对导向轮44；外壳41内位于传动轮43的外侧设有两对导向轮44。压紧轮42承受吊篮3以及测试仪6的仪器重量，沿滑槽411移动，绝缘绳2通过上下各两对导向轮44保持垂直后压紧在传动轮43上，确保绝缘绳2在升降器4中的方向稳定，使得升降器4的升降控制更加稳定可靠。

如图4所示，机械手夹爪5为具有三个自由度的机械手，具有三个自由度的机械手包括依次相连的柔性关节51、旋转关节52、伸缩关节53和夹爪组件54，柔性关节51的安装固定于升降器4的顶部，柔性关节51为万向节柔性关节。机械手夹爪5通过夹爪组件54即可实现对被测试电流互感器1两端的引流线11的夹持和接触，机械手夹爪5通过连接导线61实现了被测试电流互感器1两端的引流线11和测试仪6的电气连接以便完成测试任务。本实施例中，，柔性关节51可相对升降器4的外壳41实现各个方向的运动自由度，旋转关节52可实现基于旋转关节52的轴线实现360度的旋转运动自由度，伸缩关节53可实现基于伸缩关节53的轴线实现伸缩运动自由度；柔性关节51、旋转关节52、伸缩关节53均包括对应的运动控制电机，且运动控制电机的供电端则作为上述关键的控制端，夹爪组件54包括夹爪电机和两个夹持臂，且两个夹持臂的外侧设有相对布置、相互配合的夹持头，内侧设有相互粘合的夹持齿轮，且一个夹持齿轮与夹爪电机的输出轴直接相连或者通过齿轮或其他传动机构间接连接，夹爪电机的供电端则作为夹爪组件54的控制端。

如图5所示，挂钩21包括带有钩头211的挂钩本体212，挂钩本体212与绝缘绳2相连，挂钩本体212上位于钩头211的开口处设有用于和钩头211配合将引流线11锁紧的闭合杆213，闭合杆213通过转轴214转动固定于挂钩本体212内，转轴214的外部设有涡轮215，挂钩本体212设有和涡轮215配合的蜗杆216，且蜗杆216与设于挂钩本体212上的驱动电机217的输出轴相连，挂钩本体212上还设有电源模块以及具有遥控控制功能的控制模块218，电源模块分别与驱动电机217、控制模块218相连，控制模块218的控制输出端与驱动电机217的控制端相连。控制模块218具有控制器以及无线信号接收器，可人工遥控挂钩21对引流线11的抓取夹紧，方便安装和拆卸。

如图5所示，钩本体212上设有用于安装固定绝缘绳2的连接环219。

综上所述，本实施例的变电站电流互感器测试机器人携带有机械手夹爪5的升降器4在升降伺服电机的控制下，由升降器4内传动轮43与绝缘绳2之间的作用力带动升降器4沿绝缘绳2运动。机器人上升到一定高度后，基于视觉检测对被测试电流互感器1两端的引流线11进行定位与识别，机械手夹爪5通过协调控制完成对引流线22的抓取夹持。测试仪6在吊篮3内且通过连接导线61与机械手夹爪5相连，实现测试仪6与引流线11的相连，进而完成对被测试电流互感器1的测试任务，本实施例的变电站电流互感器测试机器人结构简单、操作灵活，对于变电站电流互感器的检测具有很好的应用前景。作为一种具体的应用特例，本实施例的前述变电站电流互感器测试机器人的应用方法的实施步骤包括：

1）在两根绝缘绳2上分别安装升降器4，将吊篮3悬挂布置于两个升降器4上，由人工通过绝缘杆将两根绝缘绳2一端通过挂钩21分别悬挂放置于被测试电流互感器1两端的引流线11上并夹紧，将绝缘绳2另一端固定于地面上；

2）控制两个升降器4沿着绝缘绳2同步爬升、使得吊篮3跟随两个升降器4爬升，当被测试电流互感器1的引流线11进入机械手夹爪5的操作范围内时停止升降器4爬升；

3）控制两个机械手夹爪5分别夹持在被测试电流互感器1两端的引流线11上，被测试电流互感器1两端的引流线11的电流信号通过连接导线61与吊篮3中的测试仪6电连接导通，利用测试仪6完成被测试电流互感器1的测试；

4）测试完毕后，控制两个机械手夹爪5松开引流线11，控制两个升降器4沿着绝缘绳2同步下降使得吊篮3跟随两个升降器4下降，最终回收吊篮3和升降器4，将挂钩21从引流线11上取下，将绝缘绳2从引流线11上收回。

本实施例中，吊篮3中设有倾角传感器，倾角传感器沿着两个升降器4的连线方向布置，步骤2）中控制两个升降器4沿着绝缘绳2同步爬升时，控制单元实时检测倾角传感器输出的倾角，两个升降器4处于同一水平面时吊篮3水平布置且倾角传感器输出的倾角为初始角度，初始角度为0°或180°，如果倾角传感器输出的倾角不等于初始角度，则控制单元向较低侧的升降器4发出一个转动惯量使得较低侧的升降器4相对较高侧的升降器4快速爬升直至倾角传感器输出的倾角为初始角度以使吊篮3水平。

步骤3）控制两个机械手夹爪5分别夹持在被测试电流互感器1两端的引流线11上时，既可以根据测试仪6上的摄像头人工操作，此外也可以进一步通过基于机器人的视觉检测技术，通过图像特征提取与图像实现对被测试电流互感器1两端的引流线11的自动定位以提高操作效率以及简化人工操作。此外，针对机械手夹爪5的柔性关节51、旋转关节52、伸缩关节53的控制，既可以采用人工控制的方式，也而已利用视觉检测得到的引流线位置信息，以移动机械手夹爪到引流线为目标，结合多关节协调控制策略，调整柔性关节51、旋转关节52、伸缩关节53，完成对引流线11的启动抓取工作以提高操作效率以及简化人工操作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种变电站电流互感器测试机器人，其特征在于：包括控制单元、吊篮（3）和相互平行布置的两根绝缘绳（2），所述绝缘绳（2）一端通过挂钩（21）悬挂于被测试电流互感器（1）的引流线（11）上、另一端固定于地面上，且两根绝缘绳（2）的挂钩（21）分别悬挂于被测试电流互感器（1）两端的引流线（11）上，任一所述绝缘绳（2）上均设有带有机械手夹爪（5）的升降器（4），所述吊篮（3）悬挂布置于两个升降器（4）上，所述吊篮（3）中设有测试仪（6），且所述测试仪（6）分别通过连接导线（61）各与一个机械手夹爪（5）的夹持部电连接导通，所述控制单元分别与测试仪（6）以及两个升降器（4）的控制端相连；所述升降器（4）包括外壳（41），所述外壳（41）的内壁上设有滑槽（411），所述外壳（41）内设有压紧轮（42）和传动轮（43），所述压紧轮（42）的轴心位于传动轮（43）的轴心的一侧且位于传动轮（43）的轴心的上方，所述压紧轮（42）的轮轴滑动布置于滑槽（411）中，所述传动轮（43）的轴与安装于外壳（41）上的升降伺服电机相连，所述升降伺服电机的电源输入端作为升降器（4）的控制端与控制单元相连。

2.根据权利要求1所述的变电站电流互感器测试机器人，其特征在于：所述绝缘绳（2）相对竖直方向倾斜布置。

3.根据权利要求2所述的变电站电流互感器测试机器人，其特征在于：所述吊篮（3）中设有倾角传感器，所述倾角传感器沿着两个升降器（4）的连线方向布置，所述倾角传感器的输出端分别与控制单元相连。

4.根据权利要求1所述的变电站电流互感器测试机器人，其特征在于：所述外壳（41）内位于压紧轮（42）的外侧设有至少一对导向轮（44）；所述外壳（41）内位于传动轮（43）的外侧设有至少一对导向轮（44）。

5.根据权利要求1所述的变电站电流互感器测试机器人，其特征在于：所述机械手夹爪（5）为具有三个自由度的机械手，所述具有三个自由度的机械手包括依次相连的柔性关节（51）、旋转关节（52）、伸缩关节（53）和夹爪组件（54），所述柔性关节（51）的安装固定于升降器（4）的顶部，所述柔性关节（51）为万向节柔性关节。

6.根据权利要求1所述的变电站电流互感器测试机器人，其特征在于：所述挂钩（21）包括带有钩头（211）的挂钩本体（212），所述挂钩本体（212）与绝缘绳（2）相连，所述挂钩本体（212）上位于钩头（211）的开口处设有用于和钩头（211）配合将引流线（11）锁紧的闭合杆（213），所述闭合杆（213）通过转轴（214）转动固定于挂钩本体（212）内，所述转轴（214）的外部设有涡轮（215），所述挂钩本体（212）设有和涡轮（215）配合的蜗杆（216），且所述蜗杆（216）与设于挂钩本体（212）上的驱动电机（217）的输出轴相连，所述挂钩本体（212）上还设有电源模块以及具有遥控控制功能的控制模块（218），所述电源模块分别与驱动电机（217）、控制模块（218）相连，所述控制模块（218）的控制输出端与驱动电机（217）的控制端相连。

7.根据权利要求6所述的变电站电流互感器测试机器人，其特征在于：所述挂钩本体（212）上设有用于安装固定绝缘绳（2）的连接环（219）。

8.一种权利要求1～7中任意一项所述变电站电流互感器测试机器人的应用方法，其特征在于实施步骤包括：

1）在两根绝缘绳（2）上分别安装升降器（4），将吊篮（3）悬挂布置于两个升降器（4）上，由人工通过绝缘杆将两根绝缘绳（2）一端通过挂钩（21）分别悬挂放置于被测试电流互感器（1）两端的引流线（11）上并夹紧，将绝缘绳（2）另一端固定于地面上；

2）控制两个升降器（4）沿着绝缘绳（2）同步爬升、使得吊篮（3）跟随两个升降器（4）爬升，当被测试电流互感器（1）的引流线（11）进入机械手夹爪（5）的操作范围内时停止升降器（4）爬升；

3）控制两个机械手夹爪（5）分别夹持在被测试电流互感器（1）两端的引流线（11）上，被测试电流互感器（1）两端的引流线（11）的电流信号通过连接导线（61）与吊篮（3）中的测试仪（6）电连接导通，利用测试仪（6）完成被测试电流互感器（1）的测试；

4）测试完毕后，控制两个机械手夹爪（5）松开引流线（11），控制两个升降器（4）沿着绝缘绳（2）同步下降使得吊篮（3）跟随两个升降器（4）下降，最终回收吊篮（3）和升降器（4），将挂钩（21）从引流线（11）上取下，将绝缘绳（2）从引流线（11）上收回。

9.根据权利要求8所述变电站电流互感器测试机器人的应用方法，其特征在于，所述吊篮（3）中设有倾角传感器，所述倾角传感器沿着两个升降器（4）的连线方向布置，步骤2）中控制两个升降器（4）沿着绝缘绳（2）同步爬升时，控制单元实时检测倾角传感器输出的倾角，两个升降器（4）处于同一水平面时吊篮（3）水平布置且倾角传感器输出的倾角为初始角度，初始角度为0°或180°，如果倾角传感器输出的倾角不等于初始角度，则控制单元向较低侧的升降器（4）发出一个转动惯量使得较低侧的升降器（4）相对较高侧的升降器（4）快速爬升直至倾角传感器输出的倾角为初始角度以使吊篮（3）水平。