CN110053061B - 物联网带电检修机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种物联网带电检修机器人，包括机器人本体和物联网系统。其中，机器人本体包括智能车、绝缘升降台、绝缘旋转臂和检修工具组件，物联网系统由信息模块、远程终端和无线通信模块组成。本发明利用检修智能机器人和物联网系统代替传统的人工停电检修，实现了自动化的带电检修，节约了人力资源，降低了检修成本，增强了安全性能。

Description

物联网带电检修机器人

技术领域

本发明涉及供电系统检修设备领域，具体是一种物联网带电检修机器人，可通过遥控遥测或智能控制系统进行远程带电检修操作。

背景技术

随着国民经济发展，电力工业也飞速发展，但电力企业从业人员数量的增长远跟不上电力系统的发展和设备的增长，而定期检修需要投入大量的人力和物力，已经满足不了电力体制改革和减人增效的要求。电网的发展面临着高供电可靠性、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。

电厂、变电站及升压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、开关、刀闸等设备污闪造成停电等事故发生，必须定期清扫磁柱、CT、PT，维修维护开关、刀闸。维护过程中还需要实现引流线的拆装和载人升降等功能。

根据《电力设备预防性试验规程》规定：金属氧化锌避雷器打压试验周期是一年。而且规定应该是每年雷雨季节之前进行。对于110KV及以上电压等级新投运的金属氧化锌避雷器，自投运后3个月进行一次交流泄漏电流的试验，之后，每半年进行一次。运行正常后，转入每年雷雨季节之前进行一次试验。避雷器的维护试验需要拆搭引流线，目前实际操作过程，只有停电时方进行维护和试验，绝大部分避雷器均超过试验周期，存在较大的安全隐患。

电厂、变电站多使用绝缘梯作为登高工具，绝缘梯长度较长，重量大，使用极为不便。

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。

虽然国内已经研发多种类型带电作业机器人，现已公开的几款带电作业机器人都因为体积大、重量大、电气绝缘能性能未达到带电作业标准等原因，在带电作业的过程中，仍然需要操作人员在绝缘斗臂车的绝缘斗内、或者在绝缘斗外侧的机器臂升至带电作业线路的周边，仍然存在潜在的风险，会对操作人员带来人身危险。

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。目前多为35kV及以下电压等级使用，使用较为局限。

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；部分能进行工具更换的机械臂，功能较为有限，只能实现部分带电简单作业要求，带电清洗瓷柱、引下线拆搭、隔离开关清扫等根本无法实现。

3、由于电厂、变电站和升压站内设备众多、高压带电 ，作业工具需要深入到电厂、变电站和升压站内部进行作业，所以要求工具具有小型化、轻型化、智能化等特点。现有的带电作业机器人主要实施方式有两种，一种为通过绝缘斗臂车进入作业现场；一种具备移动底盘，通过绝缘伸缩臂的运动来进入作业现场。现有的这两种方式，作业机器人体积均较大，行走较为有限，在部分狭窄地区均无法进入。

4、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。毛刷刷头型式较为固定，仅对部分绝缘适用，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

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种物联网带电检修机器人，利用检修智能机器人和物联网系统代替传统的人工停电检修，实现了自动化的带电检修，节约了人力资源，降低了检修成本，增强了安全性能。

本发明包括机器人本体和物联网系统。

所述的机器人本体包括智能车、绝缘升降台、绝缘旋转臂和检修工具组件。

所述智能车包括旋转驱动电机、底座和工作平台，底座和工作平台之间通过转轴结构相连，旋转驱动电机驱动转轴结构使工作平台在底座上方绕转轴自转。

所述底座包括驱动装置和支撑装置，其中支撑装置分布在底座四周，底座侧面设置有与支撑装置对应的支撑装置收纳区域；所述支撑装置为通过转动副相连的多级支撑柱，每节支撑柱均为伸缩杆结构，在非检修状态下，支撑柱收缩在底座的支撑装置收纳区域；在检修状态下，支撑柱从支撑柱存储区域旋转出，将底座与地面固定。

所述的绝缘升降台包括通过液压缸控制的若干层升降框架，绝缘升降台通过升降台转动副与工作平台连接。

所述的绝缘升降台上方通过转动副连接有若干绝缘旋转臂，所述绝缘旋转臂为通过丝杆电机控制的多级伸缩杆结构，绝缘旋转臂末端设置有检修工具组件。

所述的物联网系统由信息模块、远程终端和无线通信模块组成，信息模块和无线通信模块安装在机器人本体上，若干机器人本体上的信息模块和无线通信模块与远程终端相连构成检修机器人物联网，每个机器人本体上的信息模块将信息通过无线通信模块发送给远程终端，远程终端通过无线通信模块将操作指令发送给每个机器人本体，实现机器人和远程终端的实时通讯。

所述信息模块包括雷达系统、图像采集系统和蜂鸣器，雷达系统发出和接收超声波信号，图像采集系统采取机器人附近的环境信息。

进一步改进，所述检修工具组件包括与绝缘旋转臂末端固定的环形旋转机构，旋转机构四周通过若干工具夹具连接有检修工具。所述智能车的工作平台上设置有多功能工具组和凹槽，当绝缘升降台水平设置在工作平台上时，落入凹槽内，多功能工具组与检修工具组件相连，多功能工具组上的工具夹具从多功能工具组中夹取需要工具。

进一步改进，所述智能车的工作平台上设置有固定卡扣，当绝缘升降台水平设置在工作平台上时，固定卡扣锁紧绝缘升降台。所述固定卡扣为矩形卡箍，卡箍一端与工作平台固定，另一端通过活动锁与工作平台连接。

进一步改进，所述绝缘升降台的若干层升降框架横截为矩形且同轴套接，最底层的升降框架通过液压缸控制垂直升降，相邻的两层升降框架之间通过绝缘带和滑轮结构连接，升降框架从下往上通过绝缘带和滑轮结构逐级拉动上升。所述滑轮为齿轮结构，绝缘带上开有与滑轮齿轮啮合的齿槽。所述绝缘带为芳纶绳。

进一步改进，所述工作平台上齿轮轨道侧方设置有角度测量装置，方便精确控制绝缘升降台倾斜角度。

本发明所采用的各装置均为模块化设计，即配置相应模块化机构，根据作业需求选取相应的作业模块。需要机器人作业时，可选择安装单个或多个绝缘臂；需要登高作业时，安装绝缘斗，作业人员可在绝缘斗内完成登高作业等。

本发明有益效果在于：

1、利用检修智能机器人代替传统的人工检修，实现了变电站带电检修，避免了停电检修带来的经济损失，同时提高了检修效率，降低了检修成本，增强了安全性，适用于不同地形的电厂、变电站和升压站。

2、利用物联网系统对区域内的检修机器人进行统一的管理，通过实时数据传输，依托物联网大数据，相关人员能及时了解巡检状态，及时作出相应的运维和检修策略，只需要几个工作人员就可以对整个区域内的大量变电站进行实施检修，提高了检修效率。

3、检修机器人的智能车部分集成了驱动、承载、固定、工具箱等多种功能，适用于应对变电站内可能发生的各种问题。

4、绝缘升降台底部通过液压缸进行控制，利用绝缘带和滑轮结构逐级拉动升降框架进行上升下降，实现智能机器人顶部完全绝缘，避免了带电作业产生的风险。

5、绝缘旋转臂具有多自由度，能够灵活的控制多种检修工具进行多角度检修，并且绝缘旋转臂还可以起到吊臂的作用，利用绝缘升降台的升降进行垂直起吊工作，实现带电更换刀闸、瓷瓶。

6、体积小，重量轻，电气绝缘性能优异，能进入电厂、变电站和升压站任何地方进行作业。

7、整体为模块化设计，可根据作业需求自由组合，选取不同的作业模块，减少不同功能模块之间的干扰，减轻装置重量，提高实用性。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为工作平台示意图。

图3为绝缘升降台示意图。

图4为绝缘旋转臂示意图。

图5为绝缘升降台倾倒状态示意图。

图6为绝缘旋转臂吊装状态示意图。

图7绝缘转动副一种具体实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明包括机器人本体和物联网系统。

所述的机器人本体结构如图1所示，包括智能车、绝缘升降台1、绝缘旋转臂2和检修工具组件3。

通过实地测量，极限情况下变电所高度1.4m，道路宽度为0.98m。经过试验和力学计算，设计机器人主体尺寸如下：底座长2.2m，宽0.8m，高1-1.2m。绝缘升降台升起最高高度为9m。

所述智能车包括旋转驱动电机、底座4和工作平台5，底座4和工作平台5之间通过转轴结构7相连，旋转驱动电机驱动转轴结构使工作平台5在底座4上方绕转轴自转。

所述工作平台结构如图2所示，平台上上设置有凹槽8和固定卡扣9，当绝缘升降台水平设置在工作平台上时，落入凹槽内，固定卡扣锁紧绝缘升降台。所述固定卡扣为矩形卡箍，卡箍一端与工作平台固定，另一端通过活动锁与工作平台连接。

所述底座包括驱动装置和支撑装置6，其中支撑装置分布在底座四周，底座侧面设置有与支撑装置对应的支撑装置收纳区域；所述支撑装置为通过转动副相连的多级支撑柱，每节支撑柱均为伸缩杆结构，在非检修状态下，支撑柱收缩在底座的支撑装置收纳区域；在检修状态下，支撑柱从支撑柱存储区域旋转出，将底座与地面固定。

所述的绝缘升降台结构如图3所示，包括通过液压缸控制的若干层升降框架。根据作业需求，通过力学计算、绝缘模拟试验，绝缘升降台设计为5节，每节高度1.8m。为保证绝缘升降台的安全、轻便、可靠，选用高强度绝缘材料为主体材料，除最外层外，所有内层材质均为绝缘材料；最外层绝缘升降台通过液压缸进行提升，内层采用绝缘带逐层提升法实现升降；绝缘带通过新工艺制作而成，材质为芳纶和高强度尼龙，其上有设计齿槽，与绝缘升降台上的高强度尼龙轮齿槽相啮合，提高绝缘升降台的升降稳定性。绝缘升降台可通过升降台转动副进行转动，满足作业角度调节，绝缘升降台转动至水平时，收纳入工作平台表面的凹槽内，便于装置的运输和携带。

所述的绝缘转动副16一种具体结构为转轴结构，工作平台上开有轴孔，绝缘升降台底部设置有升降台齿轮9，一根电机控制的传动轴穿过绝缘升降台底部的升降台齿轮并与其啮合，传动轴两端穿过工作平台上的轴孔，电机通过传动轴控制绝缘升降台旋转。

绝缘转动副另一种具体结构如图7所示，所述升降台转动副包括齿轮轨道11和升降台底部齿轮12，工作平台上设置有齿轮轨道11，齿轮轨道11包括水平段和倾斜段，所述绝缘升降台底部安装有和齿轮轨道啮合的升降台底部齿轮12，绝缘升降台侧方设有支撑杆13，支撑杆13末端设置有与齿轮轨道11啮合的支撑齿轮14；当绝缘升降台底部齿轮上升到齿轮轨道倾斜段顶部时，绝缘升降台水平放置在工作平台上的凹槽8内；工作平台上齿轮轨道侧方设置有角度测量装置，方便精确控制绝缘升降台倾斜角度。

绝缘旋转臂结构如图4所示，为通过丝杆电机控制的多级伸缩杆结构，通过电机的旋转，实现绝缘操作臂的伸缩。根据作业需求，通过力学计算、绝缘模拟试验，绝缘旋转臂长度为0.8-1.5m可调节。绝缘旋转臂一端通过球型关节和绝缘升降台的顶端相连，可水平360°、上下65°-135°自由旋转，球型关节上设置有固定销键，使其能在任意位置自动锁止。所述检修工具组件包括与绝缘旋转臂末端固定的环形旋转机构，旋转机构四周通过若干工具夹具连接有检修工具。所述智能车的工作平台上设置有多功能工具组10，当绝缘升降台水平设置在工作平台上时，多功能工具组与检修工具组件相连，多功能工具组上的工具夹具从多功能工具组中夹取需要工具。

一种具体实施方式，绝缘升降台上方连接有两个水平自由旋转的绝缘旋转臂，两个绝缘旋转臂中央设置有支撑装置15，起吊时转动到如图6所示。一个绝缘旋转臂中段设置有起吊装置，起吊绝缘绳索绕过支撑装置，穿过另一个绝缘旋转臂后穿入到绝缘升降台的滑轮组中，通过液压缸拉到绝缘绳索进行起吊。所述支撑装置上方还连接有可升降旋转的摄像头安装平台。

所述的物联网系统由信息模块、远程终端和无线通信模块组成，信息模块和无线通信模块安装在机器人本体上，若干机器人本体上的信息模块和无线通信模块与远程终端相连构成检修机器人物联网，每个机器人本体上的信息模块将信息通过无线通信模块发送给远程终端，远程终端通过无线通信模块将操作指令发送给每个机器人本体，实现机器人和远程终端的实时通讯。所述的远程终端包括操作终端和储存模块，储存模块将每次从无线通信模块接收到的信息以及操作终端发出的工作指令进行储存，再次收到相同信息时自动发送相同的操作指令，实现远程终端智能化控制，降低人工成本需求。

所述信息模块包括雷达系统、图像采集系统和蜂鸣器，雷达系统发出和接收超声波信号，图像采集系统采取机器人附近的环境信息。

为了在满足作业需求的同时，大幅提机器人的同步性和稳定性，机器人的升降、旋转等操纵采用微电脑控制系统，利用图像采集系统实时采集工件附件的工况，利用嵌入式微电脑芯片和大电流电机调速、同步控制技术，实时计算电机工作状态，对各部件进行精确智能控制，控制各部件的运动状态。同时配置遥控装置，通过光纤与检修平台的控制系统连接，在避免电气连接的同时，提供紧急备用控制。通过不断的试验及现场试用，逐步完善系统数据库，提高系统的可靠性及稳定性。

本发明所采用的各装置均为模块化设计，即配置相应模块化机构，根据作业需求选取相应的作业模块。需要机器人作业时，可选择安装单个或多个绝缘臂；需要登高作业时，安装绝缘斗，作业人员可在绝缘斗内完成登高作业等。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种物联网带电检修机器人，其特征在于：包括机器人本体和物联网系统；

所述的机器人本体包括智能车、绝缘升降台、绝缘旋转臂和检修工具组件；

所述智能车包括旋转驱动电机、底座和工作平台，底座和工作平台之间通过转轴结构相连，旋转驱动电机驱动转轴结构使工作平台在底座上方绕转轴自转；

所述底座包括驱动装置和支撑装置，其中支撑装置分布在底座四周，底座侧面设置有与支撑装置对应的支撑装置收纳区域；所述支撑装置为通过转动副相连的多级支撑柱，每节支撑柱均为伸缩杆结构，在非检修状态下，支撑柱收缩在底座的支撑装置收纳区域；在检修状态下，支撑柱从支撑柱存储区域旋转出，将底座与地面固定；

所述的绝缘升降台包括通过液压缸控制的若干层升降框架，绝缘升降台通过升降台转动副与工作平台连接；

所述的绝缘升降台上方通过转动副连接有若干绝缘旋转臂，所述绝缘旋转臂为通过丝杆电机控制的多级伸缩杆结构，绝缘旋转臂末端设置有检修工具组件；

所述的物联网系统由信息模块、远程终端和无线通信模块组成，信息模块和无线通信模块安装在机器人本体上，若干机器人本体上的信息模块和无线通信模块与远程终端相连构成检修机器人物联网，每个机器人本体上的信息模块将信息通过无线通信模块发送给远程终端，远程终端通过无线通信模块将操作指令发送给每个机器人本体，实现机器人和远程终端的实时通讯；

所述信息模块包括雷达系统、图像采集系统和蜂鸣器，雷达系统发出和接收超声波信号，图像采集系统采取机器人附近的环境信息；

所述检修工具组件包括与绝缘旋转臂末端固定的环形旋转机构，旋转机构四周通过若干工具夹具连接有检修工具；

所述升降台转动副包括齿轮轨道和升降台底部齿轮，工作平台上设置有齿轮轨道，齿轮轨道侧方设置有角度测量装置，齿轮轨道包括水平段和倾斜段，所述绝缘升降台底部安装有和齿轮轨道啮合的升降台底部齿轮，绝缘升降台侧方设有支撑杆，支撑杆末端设置有与之轮轨道啮合的支撑齿轮；当绝缘升降台底部齿轮上升到齿轮轨道倾斜段顶部时，绝缘升降台水平放置。

2.根据权利要求1所述的一种物联网带电检修机器人，其特征在于：所述智能车的工作平台上设置有多功能工具组，当绝缘升降台水平设置在工作平台上时，多功能工具组与检修工具组件相连，多功能工具组上的工具夹具从多功能工具组中夹取需要工具。

3.根据权利要求1所述的一种物联网带电检修机器人，其特征在于：所述智能车的工作平台上设置有固定卡扣和凹槽，当绝缘升降台水平设置在工作平台上时，落入凹槽内，固定卡扣锁紧绝缘升降台。

4.根据权利要求3所述的一种物联网带电检修机器人，其特征在于：所述固定卡扣为矩形卡箍，卡箍一端与工作平台固定，另一端通过活动锁与工作平台连接。

5.根据权利要求1所述的一种物联网带电检修机器人，其特征在于：所述绝缘升降台的若干层升降框架横截为矩形且同轴套接，最底层的升降框架通过液压缸控制垂直升降，相邻的两层升降框架之间通过绝缘带和滑轮结构连接，升降框架从下往上通过绝缘带和滑轮结构逐级拉动上升。

6.根据权利要求5所述的一种物联网带电检修机器人，其特征在于：所述滑轮为齿轮结构，绝缘带上开有与滑轮齿轮啮合的齿槽。

7.根据权利要求5或6所述的一种物联网带电检修机器人，其特征在于：所述绝缘带为芳纶绳。