CN108436884B - 带电检修机器人的一键还原控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带电检修机器人的一键还原控制方法及系统，从上到下的顺序对带电检修机器人进行还原，本发明通过融合各传感器数据，记录机器人状态，通过与初始位置的比较，完成状态复位。同时，通过机械臂与变电站设备的距离数据、泄漏电流数据，实现机器人还原过程中的安全防护。

Description

带电检修机器人的一键还原控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种带电检修机器人的一键还原控制方法及系统。

背景技术

在带电作业机器人作业完毕，绝缘臂从作业状态复位至作业前状态时，如果通过远程遥控的方式复位机器人，则需要复杂的操作、耗费大量的时间。在此过程中，机器人容易出现重心保持工作状态，在设备众多的变电站内部，易与设备发生碰撞从而导致危险发生。此外，还会占据较大的空间，影响其他作业。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种带电检修机器人的一键还原控制方法及系统，本发明通过融合各传感器数据，记录机器人状态，通过与初始位置的比较，完成状态复位。同时，通过机械臂与变电站设备的距离数据、泄漏电流数据，实现机器人还原过程中的安全防护。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带电检修机器人的一键还原控制方法，从上到下的顺序对带电检修机器人进行还原，具体包括：

读取清扫工具的竖直高度和清扫工具的环抱机构的旋转情况，判断是否到达左右极限和中间位置，清扫工具开始左右运动至复位完成，进而进行复位竖直方向的复位；

保持导线修补工具的压接手指向内运动一定时间，在向内运动过程中，实时检测压接电流，当电流超出安全值，视为恢复完成；

驱动带电检修机器人的机械臂的旋转轴进行运动，实时检测旋转轴角度值，直到检测数值为所配置的初始值；

驱动带电检修机器人的机械臂的伸缩轴进行运动，实时检测伸缩轴长度值，直至检测数值为所配置的初始值。

进一步的，在绝缘臂恢复过程中，实时检测机器人整机泄漏电流值以及对应部位与变电站设备的距离，当泄漏电流值超出安全值，机器人整机所有动作将停止；当与变电站设备的距离超出安全值时，对应部位的绝缘臂将停止作业。

进一步的，依次检测机器人的泄漏电流值、与变电站设备的距离值、绝缘臂转角值和底盘倾角值，按照先后顺序对上述数据进行判断，各数据均处于正常范围时，依次进行复位作业。

进一步的，所述带电检修机器人，包括带电检修机器人本体，具体包括移动机构，设置于移动机构上的底盘，设置于底盘上的绝缘臂，设置于绝缘臂上的小飞臂，搭载于小飞臂上的绝缘子清扫工具和导线修补工具，绝缘臂、小飞臂、绝缘子清扫工具和导线修补工具都具有运动机构和相应的控制机构。

进一步的，接收一键还原控制指令后，各执行器的当前状态和初始状态进行比较，在当前状态与初始状态差值小于一定误差值时，还原完成。

进一步的，所述绝缘子清扫工具上设置有至少一个激光测距传感器和四个光纤传感器，所述激光测距传感器测量清扫工具的竖直高度、光纤传感器判断工具的左右位置，清扫工具开始左右运动至四个光纤传感器全部置位，视为复位完成；竖直方向运动控制阀，控制清扫工具向下运动，当清扫工具激光测距传感器数值为0时，视为恢复完成。

四个光纤传感器分别置于环抱机构导轨的中间和两端，环抱机构的导轨中间有两个，用来判断左右极限位置；两端有两个，用来判断中间位置。

进一步的，所述导线修补工具由电机进行驱动，在向内运动过程中，电机驱动板上的电流传感器将实时检测压接电流，当电流超出安全值，视为恢复完成。

进一步的，所述绝缘臂具有伸缩臂和旋转轴，且旋转轴阀组驱动旋转轴进行运动，伸缩轴阀组驱动伸缩轴进行运动。

进一步的，所述旋转轴上设置有编码器，编码器实时检测旋转轴角度值，当编码器数值为0时，视为恢复完成。

进一步的，所述伸缩轴上设置有激光测距传感器，激光测距传感器实时检测伸缩轴长度，当激光测距传感器数值为0时，视为恢复完成。

一种带电检修机器人的一键还原控制系统，包括控制器，当接收一键还原控制指令后，所述控制器被配置控制带电检修机器人相应的执行器执行以下动作：

读取清扫工具的竖直高度和清扫工具的环抱机构的旋转情况，判断是否到达左右极限和中间位置，清扫工具开始左右运动至复位完成，进而进行复位竖直方向的复位；

保持导线修补工具的压接手指向内运动一定时间，在向内运动过程中，实时检测压接电流，当电流超出安全值，视为恢复完成；

驱动旋转轴进行运动，实时检测旋转轴角度值，直到检测数值为所配置的初始值；

驱动伸缩轴进行运动，实时检测伸缩轴长度值，直至检测数值为所配置的初始值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明能够快速通过融合各传感器数据，记录机器人状态，通过与初始位置的比较，完成状态复位，保证机器人和变电站设备的安全；

2、本发明通过在还原过程中，不断采集和比较机械臂与变电站设备的距离数据、泄漏电流数据，实现机器人还原过程中的安全防护；

3、本发明能够有效保障机器人作业安全，使操作人员更加方便高效的将机器人由作业状态回收至初始状态。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为机器人系统作业后状态示意图；

图2为机器人系统还原后状态示意图；

图3为一键还原的流程过程示意图；

图4为一键还原的工序过程示意图；

图5为一键还原的实现过程示意图；

图6为本发明变电站带电作业导线修补系统示意图；

图7为本发明变电站带电作业导线系统修补片示意图；

图8为变电站支柱绝缘子带电清扫系统结构示意图；

图9为本发明环抱旋转机构结构示意图；

图10为本发明垂直升降机构结构示意图；

图11为本发明T型滑槽结构示意图；

其中，1、绝缘子清扫工具，2、绝缘升降臂，3、支柱绝缘子，4、移动底盘，5、左夹持臂，6、蜗轮，7、蜗杆，8、开关，9、无线收发模块，10、合线装置，11、右夹持臂，12、修补片底座，13、传动安装座，14、传动齿轮，15、安装滑轨，1-1、毛刷，1-2、马达支架，1-3、旋转马达，1-4、环形齿轮齿圈，1-5、T型滑块，1-6、T型导槽，1-7、光纤传感器遮挡板，1-8、环抱支架，1-9、绝缘升降齿条，1-10、连接支架，1-11、位置超声传感器，1-12、激光测距传感器，1-13、旋转齿轮，1-14、光纤传感器，1-15、环抱液压马达，2-1、绝缘外臂，2-2、伸缩内臂，2-3、旋转摆动油缸，2-4、俯仰摆动油缸，2-5、调平摆动油缸，2-6、液压比例阀，2-7、小飞臂，2-8、回转减速器，2-9、变幅油缸。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，变电站带电检修作业机器人系统包括变电站设备带电检修机器人本体、高功率密度液压机械臂、专用作业工具和机器人控制系统。针对上述系统，一键还原系统的控制对象主要是：机器人本体和专用作业工具，其中机器人本体包括移动底盘4和绝缘伸缩臂。

但是，为了更清楚的进行说明该技术方案，以及证明技术方案的可行性，本实施例中举出一种能够适用的变电站带电检修作业机器人系统，包括：机器人本体、带电作业工具与遥控终端；

机器人本体包括：移动底盘4，设置于移动底盘4上的绝缘升降臂2，绝缘升降臂2前端连接小飞臂2-7，小飞臂2-7前端设置用于放置带电作业工具的带电作业平台，小飞臂2-7通过快速连接装置与带电作业工具连接；

带电作业工具包括：导线修补工具、绝缘子清扫工具1；

作业平台主要用于放置导线修补工具、绝缘子清扫工具1和电控箱等部件，并在其上安装有全景相机、激光测距传感器1-12、超声传感器等控制监测元器件。

遥控终端包括遥控模块和无线通讯模块，所述遥控模块包括工控机、液晶显示屏和手柄按键，工控机通过无线通讯模块与主控制器通讯。无线通讯模块由网桥和天线构成，采用2.4G无线通信方式。手柄按键包括：用于控制移动运载车辆的左右轮运动方向的按键；用于控制清扫机构清扫方向的按键；用于控制机械臂俯仰/旋转的按键；用于控制移动底盘4液压支腿的按键；一键还原控制按键以及手动/自动切换按键等等；通过遥控终端实现对机器人本体、带电作业工具的远程控制。

机器人在变电站内行走作业需要借助移动工具，变电站带电检修机器人采用履带式移动底盘结构。履带式移动底盘由底盘、履带架、驱动轮、承重轮、履带、张紧缓冲装置以及两侧的四个液压支腿组成，可实现多种复杂路况环境下无障碍移动，为检修作业机器人提供移动平台支撑。

针对变电站带电检修机器人的移动底盘4采用电液驱动方案，即采用单电机+单液压泵+液压马达驱动方案，采用一个电机(通常为直流电机)带动液压泵，电动底盘由液压马达与减速机一体化行走装置、橡胶履带，驱动轮，导向轮、张紧机构等组成，本方案的优点在于，机器人的上装绝缘部分及支腿部分可以与底盘共用一套液压系统，减少了系统的冗余度。

移动底盘4内部分别布置了锂电池组及电池管理系统，高压控制盒，充电机，底盘控制阀组，底盘控制箱，液压油箱，大功率电机，液压泵，液压散热器以及蓄电池等；采用履带式电动底盘结构，对于3-3.5吨位的底盘，采用电动形式在国内尚属首例，具有噪声低，节能环保以及节约能源的作用，对于环境保护具有非常重要的意义。

为了保证机器人本体的整体稳定性，对移动底盘4的布局可以进行优化布置，主要体现在以下几个方面：

(1)电池位置优化，电池位置调整，布置于底盘中心，便于增加底盘整体的稳定性；

(2)电池高压系统及充电机位于底盘前部，接近电池，电池高压系统及充电机与电池之间接线方便，便于维护；

(3)液压油箱及相应的液压附件位于底盘中心偏右后方，增加底盘整体的稳定性，节约底盘内部有效利用空间；

(4)电机及液压泵位于底盘中心偏左后方下部，与油箱对称布置，增加底盘整体的稳定性，液压泵与油箱距离近，有利于液压油的出油；

(5)增加两块蓄电池的布置，蓄电池(24V)的主要作用是为电池的BMS系统、液压散热器、电机控制器及底盘的用电设备提供低压电源，其位置布置于电机及液压泵上部，有效利用底盘内部空间；

(6)底盘控制箱位于蓄电池上部，蓄电池与底盘控制箱距离近，便于供电；

(7)底盘控制阀组位于底盘后部偏右部分，便于操作人员手动操作；

(8)液压散热器调整为底盘尾部，液压油经油泵、执行件、液压散热器循环，液压散热器散热后流回油箱，有利于液压油的散热。

用于变电站带电检修作业的绝缘升降臂系统，如图2所示，包括：回转减速器2-8、回转平台、主臂、上臂、绝缘伸缩臂以及小飞臂2-7；

回转平台安装在回转减速器2-8上，主臂与回转平台连接，通过回转平台实现回转，主臂与变幅油缸2-9连接，通过变幅油缸2-9的伸缩实现主臂的俯仰；

主臂与上臂可转动连接，上臂通过上臂摆动油缸驱动实现与主臂的相对俯仰移动；上臂摆动油缸的设置实现了上臂俯仰起升，相比于传统的变幅油缸2-9，节省了机械臂的布置空间，提高结构紧凑性以及作业稳定性。

上臂与绝缘伸缩臂固定连接，绝缘伸缩臂采用同步伸缩的结构方式，臂架在伸缩过程中，各节伸缩臂同时以相同的行程比率进行伸缩。绝缘伸缩臂由设置在其内部的直线油缸驱动实现伸缩；通过链条伸缩装置实现绝缘臂的伸缩，链条伸缩装置利用动定滑轮原理，设置其伸缩速比为1:2，即油缸伸出100mm，绝缘伸缩臂伸出200mm。该伸缩方式可有效缩短绝缘伸缩臂的长度，增加绝缘距离。

绝缘伸缩臂前端有安装小飞臂2-7的耳板，用以连接小飞臂2-7；小飞臂2-7与伸缩内臂2-2可移动连接，小飞臂2-7为绝缘材料空心杆结构，增加了结构的稳定性，有效防止了在作业过程中由于连杆机构的颤振现象，并便于组装维护。小飞臂2-7驱动机构为摆动油缸，便于传感器的安装，提高了控制精度。小飞臂2-7由旋转摆动油缸2-3和俯仰摆动油缸2-4驱动实现与伸缩内臂2-2的相对旋转摆动和俯仰摆动；小飞臂2-7通过调平摆动油缸2-5实现平台微调；小飞臂2-7设置一个俯仰自由度，一个旋转自由度和一个平台微调自由度，使平台的操控和移动更加便捷。

主臂包括两段金属臂和设置在两段金属臂之间的绝缘臂；上臂包括两段金属臂和设置在两段金属臂之间的绝缘臂；绝缘伸缩臂包括绝缘外臂2-1和伸缩内臂2-2；小飞臂2-7包括两段金属臂和设置在两段金属臂之间的绝缘臂；上述机械臂材料的设置方式，一方面能够实现良好的绝缘，满足带电作业的需求，另一方面减轻了机械臂的整体重量，提高机械臂整体稳定性。

小飞臂2-7前端设置带电作业平台，带电作业平台上分别设置全景相机和激光测距传感器，用于实现图像采集和测距。

带电作业平台上主要搭载液压机械臂(异物清理工具)、绝缘子清扫工具1等带电作业专用装置。所以，带电作业平台的调平精度和调平可靠性将直接影响带电作业的效果和效率。

带电作业工具与小飞臂2-7通过快速连接装置进行连接，液压管路之间通过快换接头连接，实现不同作业工具的快速切换。

主臂和上臂上分别安装编码器和接近开关，能够获取主臂和上臂的旋转角度以及位置信息；上臂肘关节的三个侧面上分别安装3个超声波传感器，用于采集肘关节到变电站中设备的距离；绝缘伸缩臂上安装激光测距传感器1-12，能够获取伸缩内臂2-2的伸缩长度；小飞臂2-7上分别安装倾角传感器和水平旋转编码器，能够获取小飞臂2-7的旋转角度和水平倾角；通过对多传感器数据进行融合，按照设定的优先级顺序实现对绝缘升降臂系统的一键还原以及对小飞臂2-7的调平。

绝缘臂工作过程，通过控制主臂与上臂的俯仰、绝缘伸缩臂的伸缩以及小飞臂2-7的精度微调，将带电作业工具精准的送至目标位置。

本发明用于变电站带电检修作业的绝缘升降臂系统，还包括：绝缘升降臂控制系统，所述绝缘升降臂控制系统包括：主控制器、辅助控制器和信号采集模块；所述主控制器通过光纤分别信号采集模块与和辅助控制器通信；

信号采集模块用于采集上臂旋转角度信息和主臂安全防护信息，并将采集到的信息传递给主控制器；(3个超声波传感器分别设置在安装在肘关节的三个侧面上，用于采集肘关节到变电站中设备的距离)；

辅助控制器采集安装在上臂的超声波传感器的数据，得到电压信号，并将电压信号换算为距离信息，实现对肘关节液压比例阀2-6的控制。

辅助控制器采集安装在绝缘伸缩臂上的激光测距传感器的数据，得到绝缘伸缩臂与变电站设备之间的距离，从而实现对绝缘伸缩臂伸缩长度的控制；

述辅助控制器采集安装在自动作业平台上的倾角传感器的数据，得到小飞臂2-7的旋转角度，从而实现对小飞臂2-7旋转角度的控制；

辅助控制器采集安装在小飞臂2-7上的水平旋转编码器的数据，得到小飞臂2-7的水平倾角，从而实现对小飞臂2-7水平倾角的控制；

主控制器分别采集安装在主臂和上臂的编码器的数据，得到主臂和上臂的转角，从而实现对主臂和上臂转角的控制；

主控制器分别采集安装在主臂和上臂上的接近开关的数据，得到主臂和上臂的位置信息，从而实现对主臂和上臂位置的控制。

绝缘升降臂控制系统包括：小飞臂2-7调平控制系统，具体包括：倾角传感器、调平电磁阀和信号输入输出端子；所述倾角传感器通过信号输入输出端子与主控制器连接，主控制器与电磁阀连接；

倾角传感器检测自动作业平台的倾斜角度，以电压信号形式输出，控制器通过信号输入输出端子读取到该数值，将得到的倾角数据与允许误差进行比较，当倾角数据大于允许误差时，通过调节调平电磁阀的阀芯开度和阀芯运动方向，实现对调平摆动油缸2-5的控制，从而实现调平作业。

绝缘升降臂控制系统还包括：绝缘升降臂一键还原控制系统；包括：旋转轴阀组，编码器，伸缩轴阀组，伸缩轴激光测距传感器1-12，泄漏电流传感器和超声波传感器；

其中，在主臂和上臂位置分别设置编码器，用于实现主臂和上臂旋转角度的测量；

在伸缩内臂2-2上设置伸缩轴激光测距传感器1-12，用于实现伸缩臂伸缩距离的测量；

设置泄漏电流传感器，实现泄漏电流值的测量；

在上臂位置设置超声波传感器，用于实现上臂与变电站设备距离信息的测量。

通过伸缩轴阀组控制伸缩臂的伸缩，通过旋转轴阀组控制旋转平台的旋转。

变电站带电作业导线修补工具，如图6所示，包括壳体，在所述壳体上设有开口，驱动机构设置在所述开口处，驱动机构与左夹持臂5、右夹持臂11分别连接，驱动左右夹持臂实现开合运动；在所述左夹持臂5和右夹持臂11之间、沿与夹持臂运动方向垂直的方向设置用于固定修补片的底座，在修补片底座12的两端分别设置合线装置10。

底座呈内凹的圆弧形，底座两端设置梯形固定销轴，用于固定修补片。

驱动机构的优选结构包括：蜗轮蜗杆传动机构和驱动电机；

驱动电机与传动安装座13通过螺栓连接；蜗杆轴与蜗杆键连接，左右夹持臂与蜗轮6分别采用螺栓连接，左右夹持臂与蜗轮6中间有通孔，传动齿轮14与电机轴/蜗杆轴键连接，由连接轴将外壳、左右夹持臂与蜗轮6间隙配合，连接轴由挡圈固定。

驱动电机通过传动齿轮14带动蜗杆轴转动，蜗杆轴上设有两段螺旋齿，每一段螺旋齿分别连接一个蜗轮6，所述蜗轮6分别连接左夹持臂5和右夹持臂11；蜗杆轴转动带动蜗轮6转动，从而驱动左夹持臂5、右夹持臂11的移动。

驱动电机的启停通过设置在控制箱内的控制板实现；控制箱内还设有无线收发模块9，无线收发模块9上有卡扣，卡在安装滑轨15上，安装导轨由螺栓固定在控制箱外壳的下板上，无线收发模块9的作用在于远程无线通信。无线收发模块9接收对驱动电机的控制信号并传送至控制板，控制板控制驱动电机的启停，从而控制导线修补装置的工作状态。

导线修补装置的壳体上还固定有电池座，电池与电池座间隙配合，电池的主要作用是为导线修补装置的控制板、无线收发模块9、驱动电机及信息采集装置等供电。

控制箱外壳上还设有开关8；开关8上自带螺纹和螺母，控制箱外壳上开通孔，开关8穿过开孔，自上紧；开关8的作用在于与可以使导线修补装置在工作时上电，非工作时断电，有利于节能。

需要说明的是，本发明的驱动机构还可以采用本领域技术人员可以获知的其它驱动形式，比如：对左右夹持臂分别采用驱动电机驱动旋转的形式或者采用步进电机直接驱动左右夹持臂来回转动的形式。

合线装置10包括分别设置在底座两端用于收拢导线的凹槽，凹槽顶端开口呈漏斗状；便于收拢散股导线；在凹槽靠近底部位置的两侧分别连接开口相对的合线头；如图6所示，合线头采用3/4圆结构设计，下沿为1/4圆，上沿为1/2圆，合线头与合线装置10螺栓连接，可绕螺栓旋转；合线头的作用是将收拢进来的散股导线进一步汇集到一起。

本发明进一步公开了一种变电站带电作业导线修补系统，包括：控制系统、信息采集装置、自动作业机械臂、导线修补装置和修补片；信息采集装置通过螺栓与导线修补装置连接，信息采集装置包括全景相机和激光测距传感器等设备，主要作用是检测待修补导线的具体位置；自动作业机械臂通过夹紧夹持把手实现对导线修补装置的夹持，修补片在导线修补装置的作用下压紧导线。

如图7所示，修补片包括：

导线压接区，在所述导线压接区的一侧连接有至少两个压接齿，每两个压接齿之间形成设定距离的空隙，导线压接区的另外一侧连接有与所述空隙位置相对应的压接齿；所述压接齿的末端向内弯曲设定弧度。

导线压接区的前后两端分别设有开口，所述开口大小满足与设置在底座两端的梯形固定销轴过渡配合，由螺栓定位。有效的解决修补片的固定问题，且防止了导线压接过程中的修补片的旋转问题。

导线压接区的中心位置设置通孔，能够减重。

导线压接区为弧形凹槽，弧形凹槽的弯曲弧度以及压接齿的末端向内弯曲的弧度根据导线的直径确定，比如，对于400型号导线，设计弧形凹槽的弯曲弧度为40°；弯曲半径为15.5mm；压接齿的末端向内弯曲的弯曲半径为12mm。通过合理设定这两个弧度，能够保证两个压接齿能够像卡扣一样扣在导线上，还能防止压接后压接齿的回弹。

需要说明的是，修补片的材料选用2mm的铝片，铝片厚度太厚，不利于压弯夹紧；铝片厚度太薄，容易使铝片回弹影响压接效果。

本发明实施例中，导线修补装置由带电作业机器人承载而进行架空线路中导线的修补作业。带电作业机器人包括移动底盘4，固定在移动底盘4上的绝缘伸缩臂，以及固定在绝缘伸缩臂前端的自动作业平台；自动作业机械臂和信息采集装置均可以固定于自动作业平台上，自动作业平台与绝缘伸缩臂连接，绝缘伸缩臂固定在移动底盘4上；通过伸缩油缸实现绝缘伸缩臂的伸缩，从而带动自动作业平台到达作业位置。

需要说明的是，自动作业机械臂和绝缘伸缩臂都要求具有良好的绝缘性，具体绝缘的形式可以采用在机械臂上增加绝缘套的形式，也可以采用将机械臂设置为绝缘材料段和金属材料段交替设置的形式。

变电站带电作业导线修补系统的具体工作过程如下：

导线修补工具由自动作业机械臂夹持进行作业，自动作业机械臂夹持导线修补工具从导线未受损侧进入导线，通过信息采集装置对导线进行对准；

自动作业机械臂夹持导线修补工具由未受损侧移动到受损部位，断股导线在导线修补工具合线装置10及合线头的作用下进行收拢：导线修补工具由导线未受损侧进入时，导线经合线装置10的凹槽进入导线修补工具，同时，导线与合线头下沿接触，在导线进入导线修补工具时，合线头发生转动，合线头的上沿与导线接触，将导线上半圆包围，与合线装置10内凹槽下端一起将导线外直径包围，在导线修补工具沿导线行走过程中，导线的下半圆始终与合线头的上下沿接触，使合线头不发生转动；导线与合线装置10和合线头之间存在一定的间隙，散股导线在合线装置10和合线头的作用下收拢。

待修补片中心位置正对断股导线时，自动作业机械臂停止移动，导线修补工具的驱动机构驱动夹持臂压紧修补片，进行自动修补作业；

当作业完成后，在驱动电机的作用下，夹持臂反向旋转，待夹持臂完全张开后，控制驱动机构停止运动；

自动作业机械臂夹持导线修补工具向导线的正下方移动，将导线修补工具撤离导线。

需要说明的是，本发明公开的异物清扫通过自动作业机械臂实现，异物清扫工具即在自动作业平台上设置自动作业机械臂和信息采集装置即可。

本发明的变电站支柱绝缘子带电清扫工具，如图7所示，包括：垂直升降机构、环抱旋转机构以及两个清扫机构，其中，垂直升降机构供环抱旋转机构设置于其上并能于其上上下移动；环抱旋转机构则供清扫机构设置于其上，并能带动该清扫机构绕变电站支柱绝缘子3轴线水平旋转；清扫机构即用以对变电站支柱绝缘子3进行清扫。

具体而言，如图10所示，垂直升降机构包括安装底座、绝缘滑轨、连接支架1-10、升降液压马达以及升降齿轮。安装底座用于承载清扫装置的重量，在清扫装置工作时可固定于升降平台上，以便升降平台可将清扫装置送至高处从而接触支柱绝缘子3。故，该安装底座上设有用以与升降平台连接的连接结构如连接孔。

绝缘滑轨固定于安装底座上，其一侧设有齿条。连接支架1-10设置于绝缘滑轨上，升降液压马达和升降齿轮则设置于连接支架1-10上，且与齿条相对的一侧；将用于升降的传动齿轮组件整体移至齿条后面，能够改善清扫执行机构整体前倾的状况，起到在前后方定位和平衡配重的作用。

升降液压马达通过蜗轮蜗杆减速机与所述升降齿轮连接，能够防止液压马达由于内泄引起的沿齿条方向的下降，利用蜗轮蜗杆减速机的自锁功能，可使清扫执行机构停在绝缘升降齿条1-9的任意位置。

升降齿轮与绝缘滑轨上的齿条形成第一传动副，其可在升降液压马达的驱动下沿绝缘滑轨上下移动，从而带动连接支架1-10沿绝缘滑轨上下移动。

连接支架1-10上还设置有两个环抱极限位置接近开关，该两个环抱极限位置接近开关电性连接于升降液压马达的电磁阀，用以于连接支架1-10在绝缘滑轨上运行至上下极限位置时发送电信号给升降液压马达的电磁阀，由该电磁阀控制升降液压马达停止运行，从而确保连接支架1-10的运动不超出绝缘滑轨上的极限位置。

垂直升降机构还可设有一拖链，该拖链一端设置于安装底座上，另一端则连接于连接支架1-10，用以稳定和保护连接支架1-10的运行。

在本实施例中，绝缘滑轨与升降齿轮组成的第一传动副采用绝缘材料如聚甲醛(POM)制成，以起到绝缘防护作用，防止清扫装置及升降平台被击穿。

如图9所示，环抱旋转机构包括环抱支架1-8、环形齿轮、环抱液压马达1-15以及旋转齿轮1-13。其中，环抱支架1-8设置于垂直升降机构的连接支架1-10的一侧，该环抱支架1-8呈半环形并具有一半环形内腔，其两端部及顶面均呈开口状。环形齿轮设于该环抱支架1-8的内腔中，其齿轮一侧通过设于环抱支架1-8侧面的开口而显露出(在本实施例环形齿轮为外环形齿轮，故该侧面为外侧面，但不限于此)，且该环形齿轮亦呈半环形并可于环抱支架1-8中水平运动而穿出环抱支架1-8的端部。环抱液压马达1-15和旋转齿轮1-13均设置于连接支架1-10，且旋转齿轮1-13与经环抱支架1-8外侧面的开口而显露出的环形齿轮形成第二传动副，其可在环抱液压马达1-15的驱动下旋转，从而带动环形齿轮在环抱支架1-8的内腔中绕该环抱支架1-8的轴线(即环抱支架1-8所在环形的轴线)水平旋转。

在本实施例中，环抱支架1-8、环形齿轮以及旋转齿轮1-13均采用绝缘材料制成，以起到绝缘防护作用。

为了对环形齿轮于环抱支架1-8内的运行位置进行限定，以防止其于环抱支架1-8内移动而偏离运行位置从而不能够与环抱支架1-8紧密配合，环抱支架1-8的内腔底板上设有T型导槽1-6，环形齿轮的齿圈上设有与T型导槽1-6相匹配的T型滑块1-5，如图10所示；齿圈的定位及滑动是通过T型导槽1-6来实现的，即可实现齿圈的定位，又能减小运动过程中的摩擦阻力，避免了环抱机构在运动过程中的“翘头”现象。

两个清扫机构设置于环抱旋转机构的环形齿轮的顶面，并分别位于环形齿轮的两端，因此可由环形齿轮带动而绕环抱支架1-8的轴线水平旋转。各清扫机构包括毛刷1-1、旋转马达1-3以及马达支架1-2，其中，马达支架1-2固定于环形齿轮上；旋转马达1-3则安装在马达支架1-2上；毛刷1-1连接于旋转马达1-3的旋转轴上，在本实施例中，其可通过平键和紧定螺钉连接于旋转马达1-3的旋转轴上，由旋转马达1-3带动自转。该毛刷1-1的刷丝可采用尼龙材料制成，既可有效去除支柱绝缘子3表面的污垢，还能最大限度保护支柱绝缘子3外表面不受损伤。

由上述可知，毛刷1-1不但可自转，而且因清扫机构可由环形齿轮带动运行，故亦可绕环抱支架1-8的轴线水平旋转。为使毛刷1-1可不断绕环抱支架1-8的轴线往复旋转，环形齿轮即需能够绕环抱支架1-8的轴线往复旋转，因此，环抱旋转机构还设有旋转控制件，用以对环形齿轮的运行进行控制，其包括两个环抱极限位置接近开关和挡铁，该挡铁设置于环抱支架1-8顶部中心位置处，两个环抱极限位置接近开关则分别设于两个清扫机构的马达支架1-2的外侧。当环形齿轮自起始位置(即环形齿轮完全位于环抱支架1-8内，两清扫机构分别位于环抱支架1-8的两端部)旋转90°后，接近环抱支架1-8中心位置的清扫机构的马达支架1-2外侧的环抱极限位置接近开关将感应到挡铁的位置，该环抱极限位置接近开关随即发送电信号至环抱液压马达1-15的比例方向阀，使比例方向阀换向，由此旋转齿轮1-13转向，从而带动环形齿轮反向旋转。当环形齿轮反向旋转180°后，另一环抱极限位置接近开关将发送电信号至环抱液压马达1-15、的比例方向阀，比例方向阀再次换向，如此往复循环，使得环形齿轮、绕环抱支架1-8、的轴线往复旋转，毛刷1-1、即可不断绕环抱支架1-8、的轴线往复旋转。如此毛刷1-1、既可自转又可绕环抱支架1-8、的轴线往复旋转，进行清扫作业时能达到高效清扫支柱绝缘子3的目的。

需要说明的是，本实施例中旋转控制件还可以采用光纤传感器1-14和光纤传感器挡板实现。

当使用变电站支柱绝缘子清扫装置进行变电站支柱绝缘子清扫作业时，将安装底座固定于升降平台上，由升降平台将清扫装置送至高处以接近支柱绝缘子3。在清扫装置靠近支柱绝缘子3时，使支柱绝缘子3位于两个清扫机构的毛刷1-1之间并接触该两个毛刷1-1，此时支柱绝缘子3的轴线大致与环抱支架1-8的轴线重合。开启升降液压马达、环抱液压马达1-15以及旋转马达1-3，于是，绝缘滑轨藉由齿条与升降齿轮形成第一传动副，将升降液压马达的旋转运动转变为毛刷1-1沿支柱绝缘子3表面的上下直线运动；旋转齿轮1-13与环形齿轮形成第二传动副，将环抱液压马达1-15的旋转运动转化成毛刷1-1绕支柱绝缘子3的轴线的水平旋转运动；旋转马达1-3则带动毛刷1-1自转。如此，毛刷1-1可于各个方向对支柱绝缘子3进行高效的清扫。

为了保证变电站支柱绝缘子带电清扫装置作业时与带电体保持有足够的安全距离，连接支架1-10上还可设置用于感应带电体的位置超声传感器1-11；而为使变电站支柱绝缘子清扫装置作业能够与支柱绝缘子3保持恰当的距离，环抱支架1-8上可设置用于感应支柱绝缘子3的位置的红外传感器。

一键还原系统是通过一键触发机器人自动复位的系统，将机器人从作业状态复位为作业前状态。复位过程实现对各关节的监控，同时实现与变电站内设备避障，一键还原系统的实现是基于机器人的多传感器融合系统。一键还原系统作业前后，机器人系统的状态如图1和图2所示。

机器人在作业后，机器人状态如图1所示，底盘支腿张开、绝缘臂有不同程度的伸展和旋转、专用作业工具处于作业状态。一键还原后，机器人状态如图2所示，底盘支腿回收并调平底盘、绝缘臂回收旋转至最小空间状态、作业工具回收至最小空间状态。

一键还原系统的实现是基于多传感器融合系统，一键还原系统被触发后，将各执行器的当前状态和初始状态进行比较，在当前状态与初始状态差值小于一定误差值时，还原系统完成。

如图3所示，一键还原系统是通过一键触发绝缘臂自动回收的系统，回收过程：泄漏电流传感器检测机器人整机泄漏电流大小、超声波传感器检测各部位距离变电站设备的距离、编码器将实时值与初始值进行比较，当实时值与初始值误差小于一定值时，倾角传感器检测底盘倾斜角度，并控制支腿马达至水平值。至此回收作业完成。还原过程按照传感器和执行器的优先级完成。

在泄漏电流值和距离值在正常范围内时，各执行器按照先上后下的顺序进行回收。首先进行各工具的回收，然后分别进行伸缩臂、上臂、中臂和下臂的回收，最后通过支腿油缸对底盘进行调平。

一键还原的操作主要分为：伸缩还原、旋转还原和工具还原。其中：

伸缩还原主要指伸缩臂的还原，伸缩臂还原的检测元器件为激光测距传感器1-12，当传感器数据和设定值的误差小于10mm时，视为复位作业完成；

旋转还原主要指各关节旋转还原，旋转还原的检测元器件为编码器，当编码器数据误差小于1°时，视为复位作业完成；

工具还原主要指各工具子系统的还原，各根据技术指标分别进行状态判定，当实时数据与设定数据差值小于允许误差时，视为复位作业完成。

作为一种实施方式，具体的传感器和执行器优先级对照表为：

表1传感器和执行器优先级对照表

机器人作业过程中，会出现一个传感器对应多个执行器的情况，所以会导致优先级相同而出现系统误判，所以引入判定优先级以避免类似情况发生，判定优先级：任一执行器优先级乘以其关联执行器的优先级。所以当上述情况出现时，系统将通过判定优先级决定执行器的动作先后顺序，即当多个传感器同时发生判定，则根据其判定优先级控制其对应执行器动作。

具体的，如图5所示，一键还原系统被触发后，系统按照从左到右、从上到下的顺序对系统进行还原。

(1)首先对工具进行恢复：

①清扫工具恢复：

分别读取清扫工具上激光测距传感器1-12和四个光纤传感器1-14的数据，激光测距传感器测量清扫工具竖直高度、光纤传感器判断工具的左右位置。首先，清扫工具开始左右运动至四个光纤传感器1-14全部置位，视为复位完成。然后复位竖直方向，竖直方向运动控制阀，控制清扫工具向下运动，当清扫工具激光测距传感器1-12数值为0时，视为恢复完成。

竖直高度是指清扫工具相对于最底部升起的高度。四个光纤传感器1-14分别置于环抱机构导轨的中间和两端，环抱机构的导轨中间有两个，用来判断左右极限位置；两端有两个，用来判断中间位置。

②导线修补工具恢复：

导线修补工具的状态恢复为压接手指向内运动1s，在向内运动过程中，电机驱动板上的电流传感器将实时检测压接电流，当电流超出安全值，视为恢复完成。

(2)对绝缘臂进行恢复

①对绝缘臂旋转轴进行恢复

对旋转轴进行恢复时，旋转轴阀组将驱动旋转轴进行运动，对应编码器将实时检测旋转轴角度值，当编码器数值为0时，视为恢复完成。

②对绝缘臂伸缩轴进行恢复

对伸缩轴进行恢复时，伸缩轴阀组将驱动伸缩轴进行运动，伸缩轴激光测距传感器1-12将实时检测伸缩轴长度，当激光测距传感器1-12数值为0时，视为恢复完成。

在绝缘臂恢复过程中，泄漏电流传感器和超声波传感器将实时检测机器人整机泄漏电流值以及对应部位与变电站设备的距离。当泄漏电流值超出安全值，机器人整机所有动作将停止；当超声波传感器数值超出安全值时，对应部位的阀组将停止作业。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

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，所属领域技术人员应该明白，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 (8)

1.一种带电检修机器人的一键还原控制方法，其特征是：从上到下的顺序对带电检修机器人进行还原，所述一键还原方法的控制对象主要是：机器人本体和专用作业工具，所述专用作业工具包括绝缘子清扫工具、导线修补工具，具体包括：

读取清扫工具的竖直高度和清扫工具的环抱机构的旋转情况，判断是否到达左右极限和中间位置，清扫工具开始左右运动至复位完成，进而进行复位竖直方向的复位；

保持导线修补工具的压接手指向内运动一定时间，在向内运动过程中，实时检测压接电流，当电流超出安全值，视为恢复完成；

驱动带电检修机器人的机械臂的旋转轴进行运动，实时检测旋转轴角度值，直到检测数值为所配置的初始值；

驱动带电检修机器人的机械臂的伸缩轴进行运动，实时检测伸缩轴长度值，直至检测数值为所配置的初始值；

所述绝缘子清扫工具上设置有至少一个激光测距传感器和四个光纤传感器，所述激光测距传感器测量清扫工具的竖直高度、光纤传感器判断工具的左右位置，清扫工具开始左右运动至四个光纤传感器全部置位，视为复位完成；竖直方向运动控制阀，控制清扫工具向下运动，当清扫工具激光测距传感器数值为0时，视为恢复完成；

所述导线修补工具由电机进行驱动，在向内运动过程中，电机驱动板上的电流传感器将实时检测压接电流，当电流超出安全值，视为恢复完成。

2.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的一键还原控制方法，其特征是：在绝缘臂恢复过程中，实时检测机器人整机泄漏电流值以及对应部位与变电站设备的距离，当泄漏电流值超出安全值，机器人整机所有动作将停止；当与变电站设备的距离超出安全值时，对应部位的绝缘臂将停止作业。

3.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的一键还原控制方法，其特征是：依次检测机器人的泄漏电流值、与变电站设备的距离值、绝缘臂转角值和底盘倾角值，按照先后顺序对上述数据进行判断，各数据均处于正常范围时，依次进行复位作业。

4.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的一键还原控制方法，其特征是：所述带电检修机器人，包括带电检修机器人本体，具体包括移动机构，设置于移动机构上的底盘，设置于底盘上的绝缘臂，设置于绝缘臂上的小飞臂，搭载于小飞臂上的绝缘子清扫工具和导线修补工具，绝缘臂、小飞臂、绝缘子清扫工具和导线修补工具都具有运动机构和相应的控制机构。

5.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的一键还原控制方法，其特征是：接收一键还原控制指令后，各执行器的当前状态和初始状态进行比较，在当前状态与初始状态差值小于一定误差值时，还原完成。

6.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的一键还原控制方法，其特征是：绝缘臂具有伸缩臂和旋转轴，且旋转轴阀组驱动旋转轴进行运动，伸缩轴阀组驱动伸缩轴进行运动。

7.如权利要求1所述的一种带电检修机器人的一键还原控制方法，其特征是：所述旋转轴上设置有编码器，编码器实时检测旋转轴角度值，当编码器数值为0时，视为恢复完成；

进一步的，所述伸缩轴上设置有激光测距传感器，激光测距传感器实时检测伸缩轴长度，当激光测距传感器数值为0时，视为恢复完成。

8.一种带电检修机器人的一键还原控制系统，其特征是：所述一键还原系统的控制对象主要是：机器人本体和专用作业工具，所述专用作业工具包括绝缘子清扫工具、导线修补工具，所述控制系统包括控制器，当接收一键还原控制指令后，所述控制器被配置控制带电检修机器人相应的执行器执行以下动作：

读取清扫工具的竖直高度和清扫工具的环抱机构的旋转情况，判断是否到达左右极限和中间位置，清扫工具开始左右运动至复位完成，进而进行复位竖直方向的复位；

保持导线修补工具的压接手指向内运动一定时间，在向内运动过程中，实时检测压接电流，当电流超出安全值，视为恢复完成；

驱动带电检修机器人的机械臂的旋转轴进行运动，实时检测旋转轴角度值，直到检测数值为所配置的初始值；

驱动带电检修机器人的机械臂的伸缩轴进行运动，实时检测伸缩轴长度值，直至检测数值为所配置的初始值；

所述绝缘子清扫工具上设置有至少一个激光测距传感器和四个光纤传感器，所述激光测距传感器测量清扫工具的竖直高度、光纤传感器判断工具的左右位置，清扫工具开始左右运动至四个光纤传感器全部置位，视为复位完成；竖直方向运动控制阀，控制清扫工具向下运动，当清扫工具激光测距传感器数值为0时，视为恢复完成；

所述导线修补工具由电机进行驱动，在向内运动过程中，电机驱动板上的电流传感器将实时检测压接电流，当电流超出安全值，视为恢复完成。

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