CN110137846A - 架空碳纤维导线检测机器人及多角度探伤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种架空碳纤维导线检测机器人及多角度探伤方法，该机器人包括包裹式框架、探伤装置、直线定位装置、行走装置、夹紧装置、多角度探伤驱动装置以及控制器；其探伤装置包括X射线成像板与X射线机，用于检测碳纤维导线内部碳芯的状态；多角度探伤驱动装置与探伤装置固定连接，驱动探伤装置进行多角度探伤。本发明克服了现有检测机器人及巡线无人机对碳纤维复合芯导线在已挂网运行状态下探伤难度大的缺陷，有效实现了对已挂网运行的碳纤维导线的多角度探伤，准确度高，安装方法简单，安全可靠性高、越障能力强。

Description

架空碳纤维导线检测机器人及多角度探伤方法

技术领域

本发明涉及电力特种机器人领域，尤其是一种用于架空碳纤维导线探伤的检测机器人及多角度探伤方法。

背景技术

碳纤维复合芯导线(下简称碳纤维导线)作为一种强度高、重量轻、导电率高的新型导线，已在我国许多地区得到应用。该导线的主要受力部件碳纤维复合芯具有重量轻、耐腐蚀并具有极强的抗拉性能，但不耐弯折，在非规范运输或施工过程中易受损。芯棒受损的导线若已挂网运行，在现有技术条件下无法被发现，继而在长期受拉应力与疲劳损伤后导致断裂事故的发生，影响电网的安全稳定。

传统对于架空高压输电线的巡检，主要以人工巡线为主，工作效率低，危险性高。随着机器人自动化技术的发展，巡线机器人与巡线无人机逐渐代替人力进行电力巡检，其中巡线机器人多采用可见光、红外(如中国专利CN108801340A，中国专利CN105305296A)或电涡流(加拿大魁北克水利水电研究院的LineScout)等方式进行巡检，能有效地对现有钢芯铝绞线的表面异物、表面散股以及内部钢芯受腐蚀状况进行探伤，但无法对碳纤维导线芯棒进行探伤；而巡线无人机的航线与碳纤维导线有一定距离，只可通过可见光方式对导线表面异物与周围植被等环境因素进行巡视，无法实现对导线内部芯棒结构的探伤。因此针对碳纤维复合芯导线的检测机器人尚属巡线机器人领域空白。并且架空碳纤维导线的损伤缺陷多存在于导线端部，距离压接金具30米的距离内，此区域存在的障碍物有防震锤以及部分压接管，无需考虑安装于多分裂导线各子导线间的间隔棒的干涉影响；且高压输电线路中，多分裂导线各子导线的距离多样，这又给多分裂导线的探伤机器人设计造成了困难。此外，现有探伤方式只能实现对导线单一角度的探伤检测，缺陷漏检率高，无法满足工程需要。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种架空碳纤维导线检测机器人及其线上安装方法，该机器人克服了现有检测机器人及巡线无人机对碳纤维复合芯导线在已挂网运行状态下探伤难度大、缺陷漏检率高的缺陷，有效实现了对已挂网运行的碳纤维导线的多角度探伤。

技术方案：为实现以上目的，本发明所述的架空碳纤维导线检测机器人，包括包裹式框架、探伤装置、多角度探伤驱动装置；其特征在于：所述探伤装置包括X射线成像板与X射线机，用于检测碳纤维导线内部碳芯的状态；多角度探伤驱动装置与探伤装置固定连接，驱动探伤装置进行多角度探伤。

进一步地，所述多角度探伤驱动装置包括射线机支架、驱动电机、齿轮及圆弧齿条导轨；所述齿轮安装在射线机支架上，射线机支架与X射线机固定连接；所述驱动电机安装于射线机支架上，用于驱动齿轮转动；所述圆弧齿条导轨与包裹式框架固定连接，齿轮与圆弧齿条导轨啮合运动，实现X射线机的绕被测导线的运动。

进一步地，还包括视频采集装置，所述视频采集装置包括摄像头，用于机器人在运行过程中的可视化监控。

进一步地，包括直线定位装置，所述直线定位装置安装在包裹式框架上部的横梁上，包括支架、拉伸弹簧、定周长胶轮、摇臂和旋转编码器。

进一步地，包括行走装置，所述行走装置安装于所述包裹式框架上部的横梁，包括直流减速电机、弹性联轴器、鞍形胶轮以及附属滑轨，提供机器人在导线上行走爬坡的动力。

进一步地，所述鞍形胶轮与导线接触的部分为圆弧形，其两个渐扩面的侧边均匀刻有多条凹槽。

进一步地，包括夹紧装置，所述夹紧装置包括夹紧轮、旋转支架、弹性夹紧支架、联动部件以及电动推杆；所述夹紧装置通过旋转支架与所述包裹式框架相连，弹性夹紧支架用于保证所述夹紧装置对线径变化具有适应性；所述夹紧装置用于对被测导线的夹紧。

进一步地，还包括控制器，所述控制器包括主控器、传感器与信号传输模块；主控器用于控制机器人的运行、停止、探伤动作；所述传感器包括惯性测量单元(IMU)，用于检测机器人运行的姿态。

基于上述架空碳纤维导线检测机器人的多角度探伤方法，包括以下步骤：

步骤一、多角度探伤驱动装置驱动X射线机运动到右极限位置，由驱动电机产生扭矩锁死；

步骤二、X射线机发出射线，通过X射线成像板获取第一图像；

步骤三、机器人多角度探伤装置驱动X射线机运动到左极限位置，由驱动电机产生扭矩锁死；

步骤四、重复步骤二，获取第二图像，实现多角度探伤。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：

1、通过X射线机及X射线成像板对已挂网运行的碳纤维复合芯导线进行探伤，并设置有多角度探伤驱动装置，能够实现多角度X射线探伤，大大提高了探伤准确度；

2、本发明中的巡线机器人采用包裹式框架结构，并设有夹紧结构，安全性可靠性高；且该机器人具有自动巡线功能，并具备一定的越障能力，其外形尺寸可以灵活适应现有国标各分裂导线间距，实用性高；

3、安装方法简单，能更好地保证作业人员与设备的安全。

附图说明

图1为本发明架空碳纤维导线检测机器人整体结构示意图；

图2为直线定位装置结构示意图；

图3为行走装置结构示意图；

图4为夹紧装置结构示意图；

图5为机器人多角度探伤驱动装置结构与多角度探伤方法示意图；

图6为机器人上线安装方法的步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，该架空碳纤维导线检测机器人(下简称机器人)，包括包裹式框架2、直线定位装置3、行走装置4、夹紧装置5、视频采集装置6、多角度探伤驱动装置8、探伤装置以及控制器9。包裹式框架2为机器人硬件支撑，用于各部件的固定；直线定位装置3安装在包裹式框架2上部的横梁上，与被测导线直接接触，通过测量机器人行走的距离，实现机器人在导线上运行时的直线定位。所述行走装置4安装于包裹式框架2上部横梁上，前后分布两个，提供机器人在导线上运动的动力。所述夹紧装置5受直线推杆驱动，可绕固定于包裹式框架2的支点旋转，用于夹紧导线，提高机器人的安全性。

视频采集装置6的主体为摄像头，用于在机器人运行过程中进行可视化监控；探伤装置包括X射线成像板1与X射线机7，用于检测碳纤维导线内部碳芯的状态。X射线成像板1水平设置在包裹式框架2上部横梁的下方，X射线机7设置在包裹式框架2的下部空间中，通过多角度探伤驱动装置8与机体连接；控制器9为机器人的机载主控，设置在包裹式框架的下部空间内，包括主控器、传感器与信号传输模块。所述主控器用于控制机器人的运行、停止、探伤等动作；所述传感器主要包括惯性测量单元(IMU)，用于检测机器人的运行姿态。

如图2所示，直线定位装置3包括H形支架301、拉伸弹簧302、定周长胶轮303、摇臂304以及旋转编码器305，具有接触式直线定位与遇障收缩功能。直线定位装置3通过H形支架301与包裹式框架2进行连接固定；拉伸弹簧302的一端与H形支架301连接，另一端与摇臂304连接，用于提供直线定位装置与被测导线接触的压紧力；摇臂304的一端与H形支架配合，可绕连接点旋转，另一端安装旋转编码器，可以保证直线定位装置与被测对象的良好接触。定周长胶轮303安装于旋转编码器305转轴上，与待测导线接触，带动旋转编码器输出脉冲。

如图3所示，行走装置4包括直流减速电机401、弹性联轴器402、鞍形胶轮403以及附属滑轨404，用于提供机器人在碳纤维导线表面行走爬坡所需的动力。鞍形胶轮403为内凹圆柱形滚轮，即沿轴线方向，其截面直径为先逐渐减小、再逐渐增大；鞍形胶轮403中部的内凹部分与导线接触，其接触部分为面接触，提高了与导线的接触面积，从而提高摩擦力；鞍形胶轮的两个渐扩面的侧边均匀刻有多条凹槽，用于提高滚轮在越障时的性能；鞍形胶轮403使用铝芯轴、聚氨酯包胶，在保证胶轮刚度的情况下，增加胶轮的摩擦，减小打滑。鞍形胶轮403的动力链包括减速直流电机401、弹性联轴器402与鞍形胶轮403；行走装置中设置有两个鞍形胶轮，分别沿前进方向分布。所述减速直流电机401安装于包裹式框架2上部的横梁上，为鞍形胶轮403提供转矩。

如图4所示，夹紧装置5包括夹紧轮501、旋转支架502、弹性夹紧支架503、联动部件504以及电动推杆505，用于为机器人在碳纤维导线表面运行时提供安全保障。夹紧轮501沿被测导线方向分布两个，其横截面为圆弧形，采用树脂材料制成，与被测导线刚性接触，以提供夹紧力；旋转支架502安装于包裹式框架2侧边斜梁上方，为连杆结构的旋转支点。弹性夹紧支架503的主体为弹簧，使夹紧轮501的夹紧力具有一定的自适应性。联动部件504材质为硬质不锈钢，具有较高刚度，保证左右夹紧部件在对称动力驱动下的运动同步。电动推杆505主体为直流电机与涡轮蜗杆直线结构，一端安装于包裹式框架侧横梁，另一端安装于联动部件504的中点处，以提供夹紧部件运动的驱动力。

如图5所示，多角度探伤驱动装置8包括射线机支架801、驱动电机802、齿轮803以及圆弧齿条导轨804，用于驱动X射线机在包裹式框架2中运动，实现对被测导线的多角度探伤。射线机支架801与X射线机7固定连接，并安装有两个齿轮803；驱动电机802安装于射线机支架801上，用于驱动齿轮转动；圆弧齿条导轨804与包裹式框架2固定连接，齿轮803与圆弧齿条导轨804啮合运动，实现X射线机绕被测导线的运动。

参见图5，本发明所述多角度探伤方法包括以下步骤：

步骤一、机器人运动至导线的被测位置，直流减速电机401刹车，夹紧装置5抱死，减少射线机运动时机器人的晃动；机器人多角度探伤驱动装置8驱动X射线机7运动到右极限位置，由驱动电机802产生扭矩锁死；

步骤二、X射线机7发出射线，通过X射线成像板1获取第一图像；

步骤三、机器人多角度探伤装置8驱动X射线机7运动到左极限位置，由驱动电机802产生扭矩锁死；

步骤四、重复步骤二，获取第二图像。

上述多角度探伤方法通过诊断同一位置不同角度的第一图像与第二图像，完成射线的多角度探伤，提高探伤准确度。

参见图6(a)～6(d)，本发明所述的针对架空碳纤维导线检测机器人的上线安装方法包括以下步骤：

(1)、参见图6(a)，当机器人被通过吊装方式靠近待测导线时，准备实施安装；安装时，使导线沿滑道滑至鞍形胶轮403中部的内凹部分，检查导线是否处于鞍形胶轮中部的内凹部分处；

(2)、参见图6(b)，完成包裹式框架2的舱门关闭与锁紧；

(3)、参见图6(c)，操纵夹紧装置完成夹紧轮501到位，自动完成夹紧力微调；

(4)、参见图6(d)，在完成以上步骤后，启动机器人行走功能，检查机器人是否正常运作。

以上完成架空碳纤维导线检测机器人的上线安装。

Claims (9)

1.一种架空碳纤维导线检测机器人，包括包裹式框架、探伤装置、多角度探伤驱动装置；其特征在于：所述探伤装置包括X射线成像板与X射线机，用于检测碳纤维导线内部碳芯的状态；多角度探伤驱动装置与探伤装置固定连接，驱动探伤装置进行多角度探伤。

2.根据权利要求1所述的架空碳纤维导线检测机器人，其特征在于：所述多角度探伤驱动装置包括射线机支架、驱动电机、齿轮及圆弧齿条导轨；所述齿轮安装在射线机支架上，射线机支架与X射线机固定连接；所述驱动电机安装于射线机支架上，用于驱动齿轮转动；所述圆弧齿条导轨与包裹式框架固定连接，齿轮与圆弧齿条导轨啮合运动，实现X射线机的绕被测导线的运动。

3.根据权利要求1所述的架空碳纤维导线检测机器人，其特征在于：还包括视频采集装置，所述视频采集装置包括摄像头，用于机器人在运行过程中的可视化监控。

4.根据权利要求1所述的架空碳纤维导线检测机器人，其特征在于：包括直线定位装置，所述直线定位装置安装在包裹式框架上部的横梁上，包括支架、拉伸弹簧、定周长胶轮、摇臂和旋转编码器。

5.根据权利要求1所述的架空碳纤维导线检测机器人，其特征在于：包括行走装置，所述行走装置安装于所述包裹式框架上部的横梁，包括直流减速电机、弹性联轴器、鞍形胶轮以及附属滑轨，提供机器人在导线上行走爬坡的动力。

6.根据权利要求5所述的架空碳纤维导线检测机器人，其特征在于：所述鞍形胶轮与导线接触的部分为圆弧形，其两个渐扩面的侧边均匀刻有多条凹槽。

7.根据权利要求1所述的架空碳纤维导线检测机器人，其特征在于：包括夹紧装置，所述夹紧装置包括夹紧轮、旋转支架、弹性夹紧支架、联动部件以及电动推杆；所述夹紧装置通过旋转支架与所述包裹式框架相连，弹性夹紧支架用于保证所述夹紧装置对线径变化具有适应性；所述夹紧装置用于对被测导线的夹紧。

8.根据权利要求1所述的架空碳纤维导线检测机器人，其特征在于：还包括控制器，所述控制器包括主控器、传感器与信号传输模块；主控器用于控制机器人的运行、停止、探伤动作；所述传感器包括惯性测量单元(IMU)，用于检测机器人运行的姿态。

9.一种基于权利要求1-8中任一项所述的架空碳纤维导线检测机器人的多角度探伤方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、多角度探伤驱动装置驱动X射线机运动到右极限位置，由驱动电机产生扭矩锁死；

步骤二、X射线机发出射线，通过X射线成像板获取第一图像；

步骤三、机器人多角度探伤装置驱动X射线机运动到左极限位置，由驱动电机产生扭矩锁死；

步骤四、重复步骤二，获取第二图像，实现多角度探伤。