CN108673467A - 变电站带电检修作业机器人系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站带电检修机器人系统及方法，包括：机器人本体、带电作业工具、遥控终端以及用于运输机器人本体的移动运载车辆；机器人本体包括：移动底盘，设置于移动底盘上的绝缘升降臂，所述绝缘升降臂前端连接小飞臂，所述小飞臂前端设置用于放置带电作业工具的带电作业平台，所述小飞臂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：异物清理工具、导线修补工具、绝缘子清扫工具和/或干冰清洗工具；本发明有益效果：采用多传感器信息融合技术，利用机器人上安装的多种类型的传感器，感知机器人本体及周围环境的信息，提高机器人操作的安全性和可靠性。

Description

变电站带电检修作业机器人系统及方法

技术领域

本发明涉及变电站带电检修作业技术领域，特别涉及一种变电站带电检修作业机器人系统及方法。

背景技术

随着社会的不断发展，电网的发展面临，高供电可靠性、高负荷密度、高电能质量的需求，用户对停电时间要求愈发严格，重要关键线路很难安排停电，停电检修机会越来越少。

变电站设备在长期运行中容易发生污闪现象，导致电力系统接地事故频发，严重影响电力系统的安全运行；为了防止绝缘子污闪造成停电等事故发生，必须采用定期清扫绝缘子、更换不良绝缘子等方法。

另外，变电站内架空线线路长期暴露在的室外环境，风吹日晒等恶劣环境下时钢芯铝绞线常会发生导线断股等现象，在线路运行时由于外力的作用还会出现振动断股的现象，在这种情况下需要对导线进行修补处理，防止钢芯铝绞线散股进一步的扩大导致线路的机械强度降低，造成安全事故。

由相关的规定可知，导线在同一处损伤的强度损失已超过总拉断力的5％但不足17％时，且截面积损伤同时不超过导电部分总截面积的25％时，以修补管进行补修。现阶段主要为人工进行修复，工作强度大、效率低并且自动化程度低，存在一定的安全隐患。

针对上述两种情况，现有的工作方式大都是采用停电作业的方式，然而随着电力用户对供电可靠性要求的提高，减少变电站停电检修的次数就显得尤为重要。

因此，电网对于先进的带电检修作业技术有十分迫切的需求。然而，变电站内由于电压等级高、站内设备密集、设备体积重量大等问题，人工带电作业开展存在较大的困难，机器人技术的应用可以有效解决上述问题。

现有技术中公开的变电站带电作业机器人主要存在以下缺点：

(1)带电作业对于机器人机械臂的绝缘性能要求较高，现有的带电作业机器人机械臂实现绝缘的方式为通过在机械臂外设置绝缘套或者外包其他绝缘材料实现绝缘，这种方式实施起来比较困难，甚至会影响机械臂的自由活动。机械臂末端的小飞臂采用连杆结构与伸缩臂连接，由于连杆机构的颤振现象，容易导致带电作业过程中小飞臂的颤动，严重影响作业精度和效率。

(2)现有机械臂结构只能固定连接一种作业工具，无法实现作业工具的灵活快速更换，严重影响带电作业效率。

(3)由于变电站内设备众多、高压带电，作业工具需要深入到变电站内部进行作业，所以要求工具具有小型化、轻型化、智能化等特点。现有的导线修补装置以及清扫装置无法实现智能修补和智能清扫；

(4)现有技术中导线修补工具的材料为金属，无法实现带电作业，安全性差。导线修补片在压接过程中不可避免地出现压接不紧以及旋转的问题，不能保证导线的修补质量。

(5)现有的绝缘子清扫装置需要在设备停电后由人工通过绝缘杆将两个毛刷托举至于绝缘子接触的位置，由安装在绝缘杆底部的电机通过绝缘传动杆带动毛刷旋转。这种结构及操作方式给操作者造成很大的体力和心理负担，且清扫效果仅凭人工由地面观察，评判误差大。且毛刷刷头只有一个，不能对绝缘子形成环抱清扫，自动化程度低，并且存在安全隐患，若操作不当会对设备及人身安全造成重大伤害。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了变电站带电检修作业机器人系统及方法，通过在机械臂末端设置带电作业工具快速更换接头，能够适应多种不同的带电作业形式。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一目的是公开一种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、遥控终端以及用于运输机器人本体的移动运载车辆；

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

所述带电作业工具包括：异物清理工具、导线修补工具、绝缘子清扫工具和/或干冰清洗工具；

所述遥控终端包括遥控模块和无线通讯模块，所述遥控模块通过无线通讯模块与机器人本体主控制器通信。

进一步地，所述绝缘升降臂包括：依次连接的回转平台、主臂、上臂、绝缘伸缩臂以及小飞臂；其特征在于，还包括绝缘升降臂控制系统，所述主臂和上臂上分别安装用于检测其转角和位置的传感器；所述绝缘伸缩臂上分别安装用于检测其伸缩长度和位置的传感器；所述小飞臂上分别设有用于检测其旋转角度和水平倾角的传感器；所述绝缘升降臂控制系统根据上述传感器采集到的数据分别控制主臂、上臂、绝缘伸缩臂以及小飞臂的运动，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的调平；

或者，

所述主臂和上臂均包括两段金属臂和设置在两段金属臂之间的绝缘臂；和/或，所述小飞臂为采用绝缘材料的空心杆结构；

或者，

所述小飞臂与绝缘伸缩臂连接，小飞臂通过旋转摆动油缸和俯仰摆动油缸驱动实现与绝缘伸缩臂的相对旋转摆动和俯仰摆动；

或者，

所述小飞臂前端设置带电作业平台，所述小飞臂通过调平摆动油缸实现带电作业平台调平；所述带电作业平台上分别设置全景相机和激光扫描仪，用于实现图像采集和测距。

进一步地，所述导线修补工具包括壳体，在所述壳体内设有驱动机构，所述驱动机构与左夹持、右夹持臂分别连接，驱动左右夹持臂实现开合运动；在所述左夹持和右夹持臂之间、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，在所述底座的两端分别设置合线装置。

进一步地，所述驱动机构包括：蜗轮蜗杆传动机构和驱动电机；

所述驱动电机通过传动齿轮带动蜗杆轴转动，所述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，所述蜗轮分别连接左夹持和右夹持臂；蜗杆轴转动带动蜗轮转动，从而驱动左、右夹持臂的移动。

进一步地，所述导线修补工具还包括修补片，所述修补片包括：

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；

或者，

所述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销轴过渡配合；

或者，

所述导线压接区的中心位置设置通孔；

或者，

所述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。

进一步地，所述清扫工具包括：垂直升降机构、环抱旋转机构以及清扫机构，所述环抱旋转机构设置于所述垂直升降机构的一侧，所述清扫机构设置于所述环抱旋转机构的两端并能够分别沿所述环抱旋转机构的环形轴线水平转动；其中，所述环抱旋转机构包括环抱支架和环形齿轮；所述环抱支架具有环形内腔，所述环抱支架的内腔底板上设有导槽，所述环形齿轮被限制在所述导槽内并沿所述导槽移动。

进一步地，所述环抱旋转机构还包括：环抱液压马达以及旋转齿轮，环形齿轮一侧通过设于环抱支架一侧面的开口显露出从而与所述旋转齿轮配合；所述环抱液压马达用以驱动所述旋转齿轮以使其带动所述环形齿轮在所述环抱支架的内腔中绕该环抱支架的轴线水平转动；所述清扫机构设置于所述环形齿轮的顶面并分别位于该环形齿轮的两端；

或者，

所述环抱旋转机构还包括旋转控制件，该旋转控制件包括至少两个环抱极限位置接近开关和挡铁，所述挡铁分别设置于所述清扫机构上；所述环抱极限位置接近开关分别设于环抱支架上，用以于感应到所述挡铁的位置时发送电信号至所述环抱液压马达的比例方向阀，使该比例方向阀换向，从而驱动所述旋转齿轮转向；

进一步地，所述环抱支架的内腔底板上设有T型导槽，环形齿轮的齿圈上设有与T型导槽相匹配的T型滑块；所述T型滑块在T型导槽内移动。

进一步地，所述垂直升降机构包括绝缘滑轨、连接支架、升降液压马达以及升降齿轮，其中，所述连接支架设置于所述绝缘滑轨上，所述升降液压马达和所述升降齿轮设置于所述连接支架上与所述环抱旋转机构相对的一侧；所述升降液压马达通过蜗轮蜗杆减速机与所述升降齿轮连接，所述升降齿轮与所述绝缘滑轨形成传动副，所述升降液压马达用以驱动所述升降齿轮沿所述绝缘滑轨上下移动，从而带动所述连接支架沿所述绝缘滑轨上下移动。

本发明第二目的是公开一种变电站带电检修作业机器人系统的工作方法，包括：

采集移动底盘和绝缘伸缩臂的相对位置、角度以及作业工具与待作业设备的距离，结合所述作业状态数据，对移动底盘和绝缘伸缩臂进行姿态的调整，调整时的作业过程为：

配置泄漏电流传感器具有最高的优先级，其次是超声波传感器、倾角传感器和编码器，优先级最低的传感器为激光传感器和视觉传感器；在执行器中，绝缘臂动作执行器具有最高的优先级，其次是作业工具，优先级最低的执行器是底盘驱动和支腿控制执行器；

任一执行器优先级乘以其关联执行器的优先级，通过判定优先级决定各个动作结构的动作先后顺序，根据其判定优先级控制其对应执行器动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)每一部分机械臂都包括绝缘段和金属段两部分，不但能够节省材料成本，而且减轻了整体机械臂的重量，更有利于作业过程中机器人的重心稳定。

(2)小飞臂由连杆机构改为绝缘材料绝缘材料空心杆结构。其主要优点在于：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。其驱动机构由直线油缸改为摆动油缸，便于传感器的安装，提高了控制精度。小飞臂在原有一个俯仰自由度的基础上，又增加了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。

(3)作业机械臂设置快换头，能够快速不同的作业工具，提供了工作效率。

(4)采用多传感器信息融合技术，利用机器人上安装的多种类型的传感器，感知机器人本体及周围环境的信息，提高机器人操作的安全性和可靠性。

(5)为方便机器人作业完成后的回收工作的开展，项目采用一键自动智能回收设计，机器人在开展作业过程中，利用机器人本体上安装的各种传感器，自动建立作业空间范围内的距离与磁场等分布数据库，当作业完成后，采用安全路径规划算法，可实现机器人安装安全路径返回机器人默认状态，实现一键自动智能回收。保证机器人与带电设备间的安全距离是保证绝缘安全的有效途径，因此距离测量传感器的设计十分重要。

附图说明

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

图1和图2分别为本发明变电站带电检修作业机器人系统移动运载车辆的主视图和侧视图；

图3本发明绝缘子清扫工具作业示意图；

图4为绝缘升降臂系统结构主视图；

图5为本发明绝缘升降臂系统结构俯视图；

图6为本发明绝缘升降臂系统结构侧视图；

图7为本发明变电站带电作业导线修补系统示意图；

图8为本发明变电站带电作业导线系统修补片示意图；

图9为变电站支柱绝缘子带电清扫系统结构示意图；

图10为本发明环抱旋转机构结构示意图；

图11为本发明垂直升降机构结构示意图；

图12为本发明T型滑槽结构示意图；

图13为本发明遥控终端示意图；

图14为本发明干冰清洗作业示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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。

为了解决背景技术中指出的现有技术的不足，本发明提出了一种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、遥控终端以及用于运输机器人本体的移动运载车辆；

机器人本体包括：移动底盘，设置于移动底盘上的绝缘升降臂，绝缘升降臂前端连接小飞臂，小飞臂前端设置用于放置带电作业工具的带电作业平台，小飞臂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、绝缘子清扫工具和/或干冰清洗工具；

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

如图13所示，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；所述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、带电作业工具以及移动运载车辆的远程控制。

其中，本实施例中的运载车辆由汽车底盘、车厢、登车尾门等组成。移动运载车辆选用四缸直列水冷柴油机，后箱体为钢骨架+聚氨酯夹芯板保温后箱体，分为3个单独隔间；前侧为空压机系统放置隔间，左右配有旋转门；中部为双层设备隔间，内置绝缘子清扫工具箱、干冰清洗工具箱、干冰清洗机、干冰保温箱、液压机械臂储运箱等，左右配有旋转门；后侧为带电作业机器人放置隔间，配备2台市电1匹壁挂空调；后部为电液控制钢板尾门，该门可以作为机器人上下车过桥使用；顶部配有气动顶窗，在机器人上下车时的开启，以防止和车顶干涉；汽车底盘左右两侧分别设置侧仓，配有机器人运输固定装置。同时配置配电柜、工业连接器、插座和配电保护系统。

干冰清洗工具的结构形式及驱动方式与绝缘子清扫工具一致，主要区别在于将清扫工具所用毛刷更换为干冰喷枪，喷枪与连接在操作平台下方的干冰清洗机相连。干冰清洗机通过安放在绝缘伸缩臂内部的气动管路与运载车辆上的空气压缩系统相连，实现干冰清洗作业。

如图1、图2所示，将干冰清洗用储气罐、大功率空气压缩机、冷冻干燥机、卷管器、空气过滤器、干冰保温箱等设备安装在运载车辆上，在小飞臂前端设置干冰存储装置，干冰存储装置里存储有干冰块，通过震动将干冰块变成粉末状；大功率空气压缩机产生高压空气经过冷冻干燥机、空气滤清器等设备后通过气管进入干冰存储装置，将粉末状的干冰吹入干冰喷枪。干冰清洗作业示意图如图14所示。

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，对移动底盘的布局进行优化布置，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4所示，包括：回转减速器、回转平台、主臂、上臂、绝缘伸缩臂以及小飞臂；

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

如图5所示，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，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的耳板，用以连接小飞臂；小飞臂与伸缩内臂可移动连接，小飞臂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。小飞臂由旋转摆动油缸和俯仰摆动油缸驱动实现与伸缩内臂的相对旋转摆动和俯仰摆动；小飞臂通过调平摆动油缸实现平台微调；小飞臂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和伸缩内臂；小飞臂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。

如图6所示，小飞臂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扫描仪，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、干冰清洗工具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。

为了确保带电作业平台在工作过程中具有较高的调平精度和调平可靠性，调平系统设计过程中采用电液自动调平方法。一旦工作过程中带电作业平台出现倾斜现象，带电作业平台上安装的角度传感器就会将检测到的相应信号发送到驱动电路，进而控制电液换向阀动作，调整调平摆动油缸的位置，将工作平台重新调整到水平状态。

带电作业工具与小飞臂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，能够获取伸缩内臂的伸缩长度；小飞臂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的调平。

绝缘臂工作过程如图6所示，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，得到小飞臂的旋转角度，从而实现对小飞臂旋转角度的控制；

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

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，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；

在伸缩内臂上设置伸缩轴激光测距传感器，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。

实现绝缘升降臂一键还原的过程包括：

①对绝缘臂旋转轴进行恢复

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将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；

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。

一键还原是通过一键触发机器人自动复位，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，一键还原功能的实现是基于机器人的多传感器融合。

机器人在作业后，机器人底盘支腿张开、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。

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，然后分别进行小飞臂、伸缩臂、上臂、主臂的回收，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，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。

在此过程中，将实时监视各个执行器的状态，避免其与变电站设备发生碰撞及泄漏电流过大，保障机器人处于安全作业状态。

安全防护包括机器人作业安全防护与运动控制安全防护，其中作业安全防护关联传感器为：激光扫描仪、激光测距传感器、泄漏电流传感器和编码器；运动控制安全防护关联传感器为：超声波传感器、倾角传感器和接近开关。在伸缩臂末端、肘部和小臂末端安装超声波传感器测距，距离小于安全值减速停止。

在工具前方安装泄漏电流传感器，泄漏电流>1mA，警示灯闪烁。

多传感器融合系统触发后，依次检测整机泄漏电流值、距离值、编码器值和底盘倾角值，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，对应执行器依次进行复位作业。在检测和执行过程中，各传感器和执行器会出现同时判定的情况，所以有必要对其根据紧急程度进行优先级分类。

不同种类的执行器和传感器按照功能分别具有不同的优先级，在传感器中，泄漏电流传感器具有最高的优先级，其次是超声波传感器、倾角传感器和编码器，优先级最低的传感器为激光传感器和视觉传感器；在执行器中，绝缘臂动作执行器具有最高的优先级，其次是作业工具，优先级最低的执行器是底盘驱动和支腿控制执行器。

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。

以超声波传感器为例：

底盘驱动防护超声波传感器的优先级为：

2(超声波传感器)*3(底盘驱动)＝6

伸缩臂旋转超声波传感器的优先级为：

2(超声波传感器)*1(伸缩臂旋转)＝2

显然：2<6，所以，当两个超声波传感器同时进行判定，机械臂旋转将首先减速停止。

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。

变电站带电作业导线修补工具，如图7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、右夹持臂分别连接，驱动左右夹持臂实现开合运动；在所述左夹持和右夹持臂之间、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，在修补片底座的两端分别设置合线装置。

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通过螺栓连接；蜗杆轴与蜗杆键连接，左右夹持臂与蜗轮分别采用螺栓连接，夹持臂与蜗轮中间有通孔，传动齿轮与电机轴/蜗杆轴键连接，由连接轴将外壳、夹持臂与蜗轮间隙配合，连接轴由挡圈固定。

驱动电机通过传动齿轮带动蜗杆轴转动，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，所述蜗轮分别连接左夹持和右夹持臂；蜗杆轴转动带动蜗轮转动，从而驱动左、右夹持臂的移动。

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，无线收发模块上有卡扣，卡在安装滑轨上，安装导轨由螺栓固定在控制箱外壳的下板上，无线收发模块的作用在于远程无线通信。无线收发模块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、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；开关上自带螺纹和螺母，控制箱外壳上开通孔，开关穿过开孔，自上紧；开关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7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扫描仪等设备，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8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，固定在移动底盘上的绝缘伸缩臂，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；导线与合线装置和合线头之间存在一定的间隙，散股导线在合线装置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。

本发明导线修补系统的优势如下：

(1)采用自动作业机械臂夹持导线修补装置进行导线修补作业，具有机械化程度高、自动化程度高等特点，满足变电站内导线压接的要求，保证了作业人员作业安全。该装置能够有效的降低人工作业的工作强度，提高压接效率和自动化水平，对我国变电站导线压接修补作业方式产生积极的变革作用。

(2)修补片的两端开口与梯形固定销轴过渡配合，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。

(3)蜗轮蜗杆传动采用分体组合式结构，大大降低了蜗杆轴的加工难度，同时提高了传动的加工精度，降低了蜗轮蜗杆的加工成本。

(4)在合线装置前部增加两个合线头，在夹持臂的两端均安装合线装置，提升合线效果。

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9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轴线水平旋转；清扫机构即用以对变电站支柱绝缘子进行清扫。图3给出了变电站支柱绝缘子带电清扫工具作业示意图。

具体而言，如图11所示，垂直升降机构包括安装底座、绝缘滑轨、连接支架、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。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，从而带动连接支架沿绝缘滑轨上下移动。

连接支架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，用以稳定和保护连接支架的运行。

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10所示，环抱旋转机构包括环抱支架、环形齿轮、环抱液压马达以及旋转齿轮。其中，环抱支架设置于垂直升降机构的连接支架的一侧，该环抱支架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的内腔中，其齿轮一侧通过设于环抱支架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中水平运动而穿出环抱支架的端部。环抱液压马达和旋转齿轮均设置于连接支架，且旋转齿轮与经环抱支架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的驱动下旋转，从而带动环形齿轮在环抱支架的内腔中绕该环抱支架的轴线(即环抱支架所在环形的轴线)水平旋转。

在本实施例中，环抱支架、环形齿轮以及旋转齿轮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内的运行位置进行限定，以防止其于环抱支架内移动而偏离运行位置从而不能够与环抱支架紧密配合，环抱支架的内腔底板上设有T型导槽，环形齿轮的齿圈上设有与T型导槽相匹配的T型滑块，如图12所示；齿圈的定位及滑动是通过T型导槽来实现的，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的轴线水平旋转。各清扫机构包括毛刷、旋转马达以及马达支架，其中，马达支架固定于环形齿轮上；旋转马达则安装在马达支架上；毛刷连接于旋转马达的旋转轴上，在本实施例中，其可通过平键和紧定螺钉连接于旋转马达的旋转轴上，由旋转马达带动自转。该毛刷的刷丝可采用尼龙材料制成，既可有效去除支柱绝缘子表面的污垢，还能最大限度保护支柱绝缘子外表面不受损伤。

由上述可知，毛刷不但可自转，而且因清扫机构可由环形齿轮带动运行，故亦可绕环抱支架的轴线水平旋转。为使毛刷可不断绕环抱支架的轴线往复旋转，环形齿轮即需能够绕环抱支架的轴线往复旋转，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内，两清扫机构分别位于环抱支架的两端部)旋转90°后，接近环抱支架中心位置的清扫机构的马达支架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的比例方向阀，使比例方向阀换向，由此旋转齿轮转向，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、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、的轴线往复旋转，毛刷、即可不断绕环抱支架、的轴线往复旋转。如此毛刷、既可自转又可绕环抱支架、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。在清扫装置靠近支柱绝缘子时，使支柱绝缘子位于两个清扫机构的毛刷之间并接触该两个毛刷，此时支柱绝缘子的轴线大致与环抱支架的轴线重合。开启升降液压马达、环抱液压马达以及旋转马达，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沿支柱绝缘子表面的上下直线运动；旋转齿轮与环形齿轮形成第二传动副，将环抱液压马达的旋转运动转化成毛刷绕支柱绝缘子的轴线的水平旋转运动；旋转马达则带动毛刷自转。如此，毛刷可于各个方向对支柱绝缘子进行高效的清扫。

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，连接支架上还可设置用于感应带电体的位置超声传感器；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保持恰当的距离，环抱支架上可设置用于感应支柱绝缘子的位置的红外传感器。

进一步地，本发明还公开了变电站支柱绝缘子带电清扫工具的控制系统，用以控制变电站支柱绝缘子带电清扫装置的运行，该变电站支柱绝缘子带电清扫装置由带电作业机器人承载而进行变电站支柱绝缘子的清扫作业。

该控制系统包括控制模块、信号收发模块、驱动模块以及保护模块，其中，控制模块用以产生和输出控制指令；信号收发模块用以将控制模块输出的控制指令传送至驱动模块，并将保护模块产生的限位信号传送给控制模块；驱动模块用以根据控制指令驱动带电清扫工具运行；保护模块则用以监测带电清扫工具运行的位置，在其运行到极限位置时产生限位信号，并将其反馈至控制模块。

详细来说，控制模块包括远程遥控终端和主控制器，远程遥控终端与主控制器之间为无线通信连接(如WIFI)。远程遥控终端在其遥控手柄被操作或按键被按压时，发送控制信号至主控制器，藉由主控制器实现对变电站支柱绝缘子带电清扫装置的控制，该控制信号为多路开关量信号或模拟量信号。主控制器还接收来自保护模块的限位信号，该限位信号为开关量信号。主控制器接收到来自远程遥控终端的控制信号或来自保护模块的限位信号时，相应输出控制指令至信号收发模块。该控制指令为“0～5V”的模拟量信号，如主控制器接收远程遥控终端10输出的“-127～127”的开关量信号时，对其进行数模转换处理，以输出“0～5V”的模拟量信号。

信号收发模块从主控制器接收控制指令，并将其发送至驱动模块；从保护模块接收限位信号，并将其发送至主控制器。信号收发模块包括模拟量信号无线收发模块和开关量信号无线收发模块。

模拟量信号无线收发模块用以采集并远程传送模拟量信号，包括模拟量输入模块、模拟量无线发射模块、模拟量无线接收模块以及模拟量输出模块。其中，模拟量输入模块与模拟量无线发射模块相连接，模拟量无线接收模块与模拟量输出模块相连接，模拟量无线发射模块与模拟量无线接收模块之间为无线通信连接，且该模拟量无线接收模块输出“0-5V”模拟量信号。当模拟量输入模块接收到主控制器输出的控制指令，即输出至模拟量无线发射模块，由模拟量无线发射模块发送至模拟量无线接收模块，再经模拟量无线接收模块输出至模拟量输出模块，由模拟量输出模块输出至驱动模块。该模拟量输出模块与驱动模块之间采用Ether CAT通信。

开关量信号无线收发模块用于采集并远程传送开关量信号，包括开关量输入模块、开关量无线发射模块、开关量无线接收模块以及开关量输出模块，其中，开关量输入模块与开关量无线发射模块相连接，开关量无线接收模块与开关量输出模块相连接，开关量无线发射模块与开关量无线接收模块之间采用射频通信。当开关量输入模块接收到保护模块输出的限位信号，即输出至开关量无线发射模块，由开关量无线发射模块发送至开关量无线接收模块，再经开关量无线接收模块输出至开关量输出模块，由开关量输出模块输出至主控制器。

驱动模块用以接收信号收发模块传送的控制指令，并根据该控制指令驱动带电清扫工具运行，或终止带电清扫工具的运行。该驱动模块包括伺服阀和液压马达，其中伺服阀接收模拟量输出模块输出的控制指令，并根据该控制指令控制液压马达运动，从而驱动带电清扫工具进行变电站支柱绝缘子清扫作业。

保护模块包括光电开关和接近开关，用以监测带电清扫工具运行的位置，以据此对带电清扫工具进行限位。当带电清扫工具运动到极限位置时，触发光电开关和/或接近开关，该光电开关和/或接近开关即输出限位信号至开关量输入模块。

如光电开关或接近开关输出“5V”高电平至开关量输入模块，进而由开关量输入模块输出至开关量无线发射模块，开关量无线发射模块与开关量无线接收模块通信，使得开关量无线接收模块同步输出继电器信号，若给开关量无线接收模块提供12V信号，则其输出为“12V”高电平，其与开关量输出模块连接，并将信号输出到其中的一个通道，当光电开关和/或接近开关对应输出高低电平时，主控制器对应接收高低电平。

本发明中，垂直升降机构、环抱旋转机构以及至少两个清扫机构，

垂直升降机构和环抱旋转机构的运行由驱动模块的液压油缸驱动；光电开关监测垂直升降机构运行的位置，当该垂直升降机构运动到极限位置时，触发光电开关，该光电开关即输出限位信号(第一限位信号)至开关量输入模块；接近开关监测环抱旋转机构运行的位置，当该环抱旋转机构运动到极限位置时，触发接近开关，该接近开关即输出限位信号(第二限位信号)至开关量输入模块。

开关量信号无线收发模块将第一限位信号和/或第二限位信号传送至主控制器，主控制器相应输出控制指令，通过控制驱动模块的伺服阀来控制液压油缸运动，从而控制垂直升降机构和环抱旋转机构，例如令其停止运行，即使带电清扫装置持续进行支柱绝缘子清扫作业或停止带电清扫装置的作业。

以上仅为举例，保护模块及其光电开关、接近开关的设置不限于此。

本发明的控制系统控制变电站支柱绝缘子带电清扫装置运行时，首先操作远程遥控终端，通过其发送控制信号至主控制器。当该主控制器收到该控制信号时，若该控制信号为开关量信号，则主控制器先将该开关量信号数模转换为模拟量信号，以输出为模拟量信号的控制指令至模拟量信号无线收发模块；若该控制信号为模拟量信号，即输出相应的为模拟量信号的控制指令至模拟量信号无线收发模块。该控制指令经模拟量信号无线收发模块传送，最终输出至驱动模块的伺服阀，以启动液压马达工作。于是，该液压马达驱动带电清扫装置运行，对变电站支柱绝缘子进行清扫作业。

在带电清扫装置运行的过程中，光电开关和接近开关监测带电清扫工具运行的位置。当带电清扫工具运动到极限位置，即会触发光电开关和/或接近开关，使其输出限位信号至开关量输入模块，该限位信号经开关量信号无线收发模块传送并输出至主控制器。当主控制器接收到该限位信号，即输出相应的控制指令，通过控制驱动模块的伺服阀来控制液压油缸运动，从而控制带电清扫装置停止作业。该控制指令同样为模拟量信号，并经模拟量信号无线收发模块传送至驱动模块。

如此即实现了控制系统对变电站支柱绝缘子带电清扫装置的控制。

在具体实施时，主控制器、模拟量输入模块、模拟量无线发射模块、开关量无线接收模块以及开关量输出模块设置于带电作业机器人的移动车体上，驱动模块、保护模块、模拟量无线接收模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量无线发射模块则安装于带电作业机器人所承载的带电清扫工具上。

本发明的变电站支柱绝缘子带电清扫装置的控制系统，能够帮助操作者对带电清扫工具的运行方式和状态进行远程控制和监控，提高机器人作业的绝缘性、稳定性和安全性。

本发明变电站支柱绝缘子带电清扫工具的优势如下：

(1)通过环抱旋转机构的设置能够对变电站支柱绝缘子形成环抱清扫，还可通过垂直升降机构的设置而对支柱绝缘子表面进行上下方向的清扫，其毛刷本身亦可自转，因此能够从多角度实现对支柱绝缘子的高效清扫，清扫效果佳，绝缘效果好；

(2)采用液压驱动环形齿轮、升降齿轮运行，不仅具有动力强劲、转速快、清扫效果佳、绝缘效果好等特点，最大限度减少了人员进入变电站设备区的机率，而且可以通过控制终端达到控制毛刷转速的目的，实现了操作人员不进入设备区即可完成清扫工作，保障了操作人员的安全，降低的劳动强度，提高清扫效率和自动化水平。

(3)能够藉由设置于升降平台而自动对支柱绝缘子进行清理，故具有机械化程度高、自动化程度高等优点，而且满足变电站支柱绝缘子带电清扫作业的要求，保障了操作人员的安全。

(4)将用于升降的传动齿轮组件整体移至齿条后面，起到在前后方定位和平衡配重的作用，改善了清扫执行机构整体前倾的状况。

(5)环抱传动机构在原有导轮的机构的基础上，改用T型槽定位，避免了环抱机构在运动过程中的“翘头”现象。

(6)对毛刷组件的直径和长度进行了设计，有效的改变了刷毛下垂的情况，并对毛刷组件的中间尼龙支柱进行了减重处理。同时减小了绝缘升降齿条的长度，并对金属连接架进行了减重处理。

(7)为防止液压马达由于内泄引起的沿齿条方向的下降，在液压马达的输出端安装了蜗轮蜗杆减速机，利用其自锁功能，可是清扫执行机构停在绝缘升降齿条的任意位置。

(8)变电站支柱绝缘子带电清扫系统的控制系统，能够帮助操作者对带电清扫工具的运行方式和状态进行远程控制和监控，提高机器人作业的绝缘性、稳定性和安全性。

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

Claims (10)

1.变电站带电检修作业机器人系统，其特征在于，包括：机器人本体、带电作业工具、遥控终端以及用于运输机器人本体的移动运载车辆；

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

所述带电作业工具包括：异物清理工具、导线修补工具、绝缘子清扫工具和/或干冰清洗工具；

所述遥控终端包括遥控模块和无线通讯模块，所述遥控模块通过无线通讯模块与机器人本体主控制器通信。

2.如权利要求1所述的变电站带电检修作业机器人系统，其特征在于，所述绝缘升降臂包括：依次连接的回转平台、主臂、上臂、绝缘伸缩臂以及小飞臂；其特征在于，还包括绝缘升降臂控制系统，所述主臂和上臂上分别安装用于检测其转角和位置的传感器；所述绝缘伸缩臂上分别安装用于检测其伸缩长度和位置的传感器；所述小飞臂上分别设有用于检测其旋转角度和水平倾角的传感器；所述绝缘升降臂控制系统根据上述传感器采集到的数据分别控制主臂、上臂、绝缘伸缩臂以及小飞臂的运动，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的调平；

或者，

所述主臂和上臂均包括两段金属臂和设置在两段金属臂之间的绝缘臂；和/或，所述小飞臂为采用绝缘材料的空心杆结构；

或者，

所述小飞臂与绝缘伸缩臂连接，小飞臂通过旋转摆动油缸和俯仰摆动油缸驱动实现与绝缘伸缩臂的相对旋转摆动和俯仰摆动；

或者，

所述小飞臂前端设置带电作业平台，所述小飞臂通过调平摆动油缸实现带电作业平台调平；所述带电作业平台上分别设置全景相机和激光扫描仪，用于实现图像采集和测距。

3.如权利要求1所述的变电站带电检修作业机器人系统，其特征在于，所述导线修补工具包括壳体，在所述壳体内设有驱动机构，所述驱动机构与左夹持、右夹持臂分别连接，驱动左右夹持臂实现开合运动；在所述左夹持和右夹持臂之间、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，在所述底座的两端分别设置合线装置。

4.如权利要求3所述的变电站带电检修作业机器人系统，其特征在于，所述驱动机构包括：蜗轮蜗杆传动机构和驱动电机；

所述驱动电机通过传动齿轮带动蜗杆轴转动，所述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，所述蜗轮分别连接左夹持和右夹持臂；蜗杆轴转动带动蜗轮转动，从而驱动左、右夹持臂的移动。

5.如权利要求3所述的变电站带电检修作业机器人系统，其特征在于，所述导线修补工具还包括修补片，所述修补片包括：

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；

或者，

所述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销轴过渡配合；

或者，

所述导线压接区的中心位置设置通孔；

或者，

所述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。

6.如权利要求1所述的变电站带电检修作业机器人系统，其特征在于，所述清扫工具包括：垂直升降机构、环抱旋转机构以及清扫机构，所述环抱旋转机构设置于所述垂直升降机构的一侧，所述清扫机构设置于所述环抱旋转机构的两端并能够分别沿所述环抱旋转机构的环形轴线水平转动；其中，所述环抱旋转机构包括环抱支架和环形齿轮；所述环抱支架具有环形内腔，所述环抱支架的内腔底板上设有导槽，所述环形齿轮被限制在所述导槽内并沿所述导槽移动。

7.如权利要求6所述的变电站带电检修作业机器人系统，其特征在于，所述环抱旋转机构还包括：环抱液压马达以及旋转齿轮，环形齿轮一侧通过设于环抱支架一侧面的开口显露出从而与所述旋转齿轮配合；所述环抱液压马达用以驱动所述旋转齿轮以使其带动所述环形齿轮在所述环抱支架的内腔中绕该环抱支架的轴线水平转动；所述清扫机构设置于所述环形齿轮的顶面并分别位于该环形齿轮的两端；

或者，

所述环抱旋转机构还包括旋转控制件，该旋转控制件包括至少两个环抱极限位置接近开关和挡铁，所述挡铁分别设置于所述清扫机构上；所述环抱极限位置接近开关分别设于环抱支架上，用以于感应到所述挡铁的位置时发送电信号至所述环抱液压马达的比例方向阀，使该比例方向阀换向，从而驱动所述旋转齿轮转向。

8.如权利要求7所述的变电站带电检修作业机器人系统，其特征在于，所述环抱支架的内腔底板上设有T型导槽，环形齿轮的齿圈上设有与T型导槽相匹配的T型滑块；所述T型滑块在T型导槽内移动。

9.如权利要求6所述的变电站带电检修作业机器人系统，其特征在于，所述垂直升降机构包括绝缘滑轨、连接支架、升降液压马达以及升降齿轮，其中，所述连接支架设置于所述绝缘滑轨上，所述升降液压马达和所述升降齿轮设置于所述连接支架上与所述环抱旋转机构相对的一侧；所述升降液压马达通过蜗轮蜗杆减速机与所述升降齿轮连接，所述升降齿轮与所述绝缘滑轨形成传动副，所述升降液压马达用以驱动所述升降齿轮沿所述绝缘滑轨上下移动，从而带动所述连接支架沿所述绝缘滑轨上下移动。

10.变电站带电检修作业机器人系统的工作方法，其特征在于，包括：

采集移动底盘和绝缘伸缩臂的相对位置、角度以及作业工具与待作业设备的距离，结合所述作业状态数据，对移动底盘和绝缘伸缩臂进行姿态的调整，调整时的作业过程为：

配置泄漏电流传感器具有最高的优先级，其次是超声波传感器、倾角传感器和编码器，优先级最低的传感器为激光传感器和视觉传感器；在执行器中，绝缘臂动作执行器具有最高的优先级，其次是作业工具，优先级最低的执行器是底盘驱动和支腿控制执行器；

任一执行器优先级乘以其关联执行器的优先级，通过判定优先级决定各个动作结构的动作先后顺序，根据其判定优先级控制其对应执行器动作。