CN110161378B - 一种开关柜智能巡检机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种开关柜智能巡检机器人，包括直轨、弯轨、垂直轨、轨道车、基体、爬升机构、球形工作头、运动控制器和检测器，直轨按照开关室内的开关柜布局水平固定布置在开关柜的上方，弯轨连接在两段直轨之间，直轨以及弯轨下表面均加工有T型槽，轨道车卡接在T型槽内，垂直轨固定在轨道车下部，爬升机构安装在基体内，爬升机构与垂直轨卡接，运动控制器与轨道车以及爬升机构连接，球形工作头铰接安装在基体底端，检测器安装在球形工作头内。本发明的实质性效果是：通过垂直轨完成垂直方向的升降，能够带动检测器对开关柜不同高度部位进行检测，提高巡检准确性和完整性，确保开关柜稳定运行。

Description

一种开关柜智能巡检机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种开关柜智能巡检机器人。

背景技术

高压供电设备通常负责一整个区域的供电，其故障影响范围大，抢修难度高。高压供电设备的正常运行，对电网整体的稳定运行具有重要的意义。这对高压供电设备的巡检提出了更高的要求。中高压开关柜是电力配网系统中的主要设备之一，开关柜的绝缘状态的优劣直接影响到供电系统的安全性和可靠性，若发生电力事故，还会造成巨大的经济损失。局部放电是表征电力设备绝缘状态的主要参数之一，相关研究表明，检测局部放电能有效评估开关柜的绝缘状态，避免电力事故的发生，并能结合局部放电数据给出合理的检修建议。相对于侵入式的局部放电检测技术而言，由于非侵入式的局部放电检测技术对开关柜结构和电网无侵入，在进行局部放电的巡检过程中不影响开关柜的正常运行而被国内外广泛推广。目前，国内外针对开关柜局部放电的非侵入式检测技术主要包括：超声波检测法、地电波检测法、高频电流检测法和超高频检测法等。高压供电设备巡检中引进地电波、超声波及超高频检测技术，能够使高压开关柜的检测简单化。与智能巡检机器人结合还可以实现无人化、自动化和在线化。但目前缺乏与巡检机器人结合的开关柜检测设备。

中国专利CN107154591B，公开日2018年9月4日，一种变电站设备巡检机器人，包括本体，在本体上设有行走机构、电机、控制器以及检测头，在本体上开有空腔，盖板铰接设置在本体上，卷筒的下端贯穿盖板向空腔底部延伸，在卷筒下段内壁上开有环形槽，T型块的水平段两端滑动设置在环形槽内，气缸的输出端与T型块水平段的底部连接，还包括中心轴、多个太阳能电池板组，中心轴与T型块竖直段端部连接。利用机器人替代人工进行巡检，即利用电机带动行走机构、行走机构带动本体，同时通过检测头持续地对设备的工况以及本身的稳定性进行巡检，可避免众多环境因素的影响而保持对变电站内的各设备进行实时监测，并及时将巡检信息存储，以供变电站的技术部分进行数据分析，最终确保变电站众多设备的工作稳定性。但巡检机器人的行走机构需要防尘以及校准，其不能解决巡检机器人长期工作是保持准确性的问题，且其不能解决检测变电站不同高度的设备的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前缺乏与巡检机器人结合的开关站自动巡检设备。提出了一种搭载检测传感器的能够水平以及垂直移动的开关柜智能巡检机器人。本申请开关柜智能巡检机器人能够对开关柜不同高度的位置进行检测。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种开关柜智能巡检机器人，包括直轨、弯轨、垂直轨、轨道车、基体、爬升机构、球形工作头、运动控制器和检测器，所述直轨按照开关室内的开关柜布局水平固定布置在开关柜的上方，所述弯轨连接在两段直轨之间，所述直轨以及弯轨下表面均加工有T型槽，所述轨道车卡接在所述T型槽内，所述垂直轨固定在所述轨道车下部，所述爬升机构安装在所述基体内，所述爬升机构与所述垂直轨卡接，所述运动控制器与轨道车以及爬升机构连接，所述球形工作头铰接安装在基体底端，所述检测器安装在所述球形工作头内，所述球形工作头由运动控制器控制其旋转。通过垂直轨完成垂直方向的升降，能够带动检测器对开关柜不同高度部位进行检测，提高巡检准确性和完整性，确保开关柜稳定运行。

作为优选，所述检测器包括红外检测器、视频监控器和局部放电检测器，所述红外检测器、视频监控器以及局部放电检测器均安置在所述球形工作头内，所述红外检测器检测开关柜的温度分布，所述视频监控器监测现场视频画面，所述局部放电检测器包括超声波检测器、暂态地电压检测器以及特高频振动检测器，所述超声波检测器检测开关柜发出的超声波，所述暂态地电压检测器检测开关柜上的设定检测点的暂态对地电压，所述特高频振动检测器检测开关柜设定部位的特高频振动。红外相机实时拍摄目标输出热图，测定目标温度，并根据致热设备运行状况做出诊断分析，及时发现设备潜在缺陷并发出预警，提前进行设备防护，消除隐患，提高设备运行寿命和效率；高画质的摄像机对巡检过程进行全程拍摄，并将实时视频流传输到站控服务主机，通过站控服务主机可随时调用实时图像，并控制机器人观测任意位置，通过超声波、暂态地电压（TEV）、特高频三种方式相互结合的方式进行开关柜内部的局放现象进行检测，通过与预设值的阈值及图谱进行对比，对异常检测数据进行告警处理。

作为优选，所述轨道车包括一对主轮、一对附加轮、车体、连接部和至少两个紧固轮，所述主轮分别铰接安装在所述车体中部的左右两侧，所述主轮与所述直轨以及弯轨的T型槽靠近直轨以及弯轨下表面水平内壁抵接，所述的水平内壁为行进轨道面，所述主轮由受运动控制器控制的步进电机驱动，所述附加轮分别同心固定安装在主轮外侧，所述弯轨T型槽水平内壁靠近弯轨曲率中心的一侧为转弯轨道面，所述转弯轨道面与所述附加轮的高度和位置匹配，所述紧固轮铰接安装在车体顶面，所述紧固轮分布在车体前后两端，所述紧固轮与直轨以及弯轨T型槽的内壁顶部牢固抵接，所述连接部固定安装在车体下方，所述连接部与T型槽在直轨以及弯轨下表面的开口两侧抵接，所述连接部与垂直轨固定连接。附加轮的外径小于主轮，当车体一侧由附加轮与转弯轨道面支撑，另一侧由主轮与行进轨道面支撑时，主轮的旋转带动附加轮旋转，两侧将产生差动，设置合适的主轮以及附加轮直径，使该差动引起的车体转弯运动与弯轨曲率相符，完成转弯动作。紧固轮能够将车体与T型槽顶部抵接，使车体前后保持稳定。连接部与T型槽在直轨以及弯轨下表面的开口两侧抵接，能够防止车体以及连接部与前后方向产生偏移。

作为优选，所述垂直轨左右两侧均加工有条形齿，所述基体加工有用于容纳所述垂直轨的盲孔，所述爬升机构包括两个齿轮，所述盲孔左右两侧加工有容腔，所述齿轮铰接安装在所述容腔内，所述齿轮与条形齿啮合，所述齿轮由受运动控制器控制的步进电机驱动。齿轮齿条的啮合能够提供可靠的垂直方向的支撑力，用于支撑基体以及球形工作头的重量。

作为优选，还包括两个防尘布和若干个磁块，所述防尘布分别位于直轨以及弯轨的左右两侧，所述防尘布靠近直轨以及弯轨外侧的部分与直轨以及弯轨对应侧固定连接，所述防尘布靠近直轨以及弯轨中部的部分存在部分重叠，所述若干个磁块成对的均匀的沿直轨以及弯轨延伸方向排列在所述防尘布重叠部分的两侧，所述成对的磁块相互吸引，所述连接部撑开并穿过其所在位置的两个防尘布的重叠部分。成对的磁块相互吸引，能够使防尘布保持部分重叠，有效防止灰尘、异物进入T型槽，而且在轨道车通过使造成的阻力小。

作为优选，还包括感应线圈，所述感应线圈固定安装在所述连接部前部或后部，所述感应线圈经过所述成对的磁块时产生感应电动势，所述感应线圈与运动控制器连接。感应线圈每通过一对磁块，都会产生两次方向相反的脉冲，磁块之间的距离已知，通过检测感应脉冲，就可以完成位置的校准，使轨道车长时间运行后，仍然保持较高的运行精度。

本发明的实质性效果是：通过垂直轨完成垂直方向的升降，能够带动检测器对开关柜不同高度部位进行检测，提高巡检准确性和完整性，确保开关柜稳定运行。

附图说明

图1为实施例一开关柜智能巡检机器人结构示意图。

图2为实施例一开关柜智能巡检机器人的基体结构剖视图。

图3为实施例一轨道车结构示意图。

图4为实施例一直轨与弯轨连接处结构示意图。

图5为实施例一轨道车与直轨侧视图。

图6为实施例一防尘布结构示意图。

其中：1、直轨，2、T型槽，3、行进轨道面，4、防尘布，5、垂直轨，6、基体，7、弯轨，8、齿轮，9、球形工作头，10、附加轮，11、主轮，12、轨道车，13、连接部，14、紧固轮，15、转弯轨道面，16、磁块，17、感应线圈。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

实施例一：

一种开关柜智能巡检机器人，如图1所示，为实施例一开关柜智能巡检机器人结构示意图，包括直轨1、弯轨7、垂直轨5、轨道车12、基体6、爬升机构、球形工作头9、运动控制器和检测器，直轨1按照开关室内的开关柜布局水平固定布置在开关柜的上方，弯轨7连接在两段直轨1之间，直轨1以及弯轨7下表面均加工有T型槽2，轨道车12卡接在T型槽2内，垂直轨5固定在轨道车12下部，爬升机构安装在基体6内，爬升机构与垂直轨5卡接，运动控制器与轨道车12以及爬升机构连接，球形工作头9铰接安装在基体6底端，检测器安装在球形工作头9内，球形工作头9由运动控制器控制其旋转。

如图2所示，为实施例一开关柜智能巡检机器人的基体结构剖视图，垂直轨5左右两侧均加工有条形齿，基体6加工有用于容纳垂直轨5的盲孔，爬升机构包括两个齿轮8，盲孔左右两侧加工有容腔，齿轮8铰接安装在容腔内，齿轮8与条形齿啮合，齿轮8由受运动控制器控制的步进电机驱动。齿轮8齿条的啮合能够提供可靠的垂直方向的支撑力，用于支撑基体6以及球形工作头9的重量。

检测器包括红外检测器、视频监控器和局部放电检测器，红外检测器、视频监控器以及局部放电检测器均安置在球形工作头9内，红外检测器检测开关柜的温度分布，视频监控器监测现场视频画面，局部放电检测器包括超声波检测器、暂态地电压检测器以及特高频振动检测器，超声波检测器检测开关柜发出的超声波，暂态地电压检测器检测开关柜上的设定检测点的暂态对地电压，特高频振动检测器检测开关柜设定部位的特高频振动。红外相机实时拍摄目标输出热图，测定目标温度，并根据致热设备运行状况做出诊断分析，及时发现设备潜在缺陷并发出预警，提前进行设备防护，消除隐患，提高设备运行寿命和效率；高画质的摄像机对巡检过程进行全程拍摄，并将实时视频流传输到站控服务主机，通过站控服务主机可随时调用实时图像，并控制机器人观测任意位置，通过超声波、暂态地电压（TEV）、特高频三种方式相互结合的方式进行开关柜内部的局放现象进行检测，通过与预设值的阈值及图谱进行对比，对异常检测数据进行告警处理。

如图3所示，为实施例一轨道车结构示意图，如图4所示，为实施例一直轨与弯轨连接处结构示意图，如图5所示，为实施例一轨道车与直轨侧视图，轨道车12包括一对主轮11、一对附加轮10、车体、连接部13和至少两个紧固轮14，主轮11分别铰接安装在车体中部的左右两侧，主轮11与直轨1以及弯轨7的T型槽2靠近直轨1以及弯轨7下表面水平内壁抵接，的水平内壁为行进轨道面3，主轮11由受运动控制器控制的步进电机驱动，附加轮10分别同心固定安装在主轮11外侧，弯轨7T型槽2水平内壁靠近弯轨7曲率中心的一侧为转弯轨道面15，转弯轨道面15与附加轮10的高度和位置匹配，紧固轮14铰接安装在车体顶面，紧固轮14分布在车体前后两端，紧固轮14与直轨1以及弯轨7T型槽2的内壁顶部牢固抵接，连接部13固定安装在车体下方，连接部13与T型槽2在直轨1以及弯轨7下表面的开口两侧抵接，连接部13与垂直轨5固定连接。附加轮10的外径小于主轮11，当车体一侧由附加轮10与转弯轨道面15支撑，另一侧由主轮11与行进轨道面3支撑时，主轮11的旋转带动附加轮10旋转，两侧将产生差动，设置合适的主轮11以及附加轮10直径，使该差动引起的车体转弯运动与弯轨7曲率相符，完成转弯动作。紧固轮14能够将车体与T型槽2顶部抵接，使车体前后保持稳定。连接部13与T型槽2在直轨1以及弯轨7下表面的开口两侧抵接，能够防止车体以及连接部13与前后方向产生偏移。

如图6所示，为实施例一防尘布结构示意图，防尘布4分别位于直轨1以及弯轨7的左右两侧，防尘布4靠近直轨1以及弯轨7外侧的部分与直轨1以及弯轨7对应侧固定连接，防尘布4靠近直轨1以及弯轨7中部的部分存在部分重叠，若干个磁块16成对的均匀的沿直轨1以及弯轨7延伸方向排列在防尘布4重叠部分的两侧，成对的磁块16相互吸引，连接部13撑开并穿过其所在位置的两个防尘布4的重叠部分。成对的磁块16相互吸引，能够使防尘布4保持部分重叠，有效防止灰尘、异物进入T型槽2，而且在轨道车12通过使造成的阻力小。

感应线圈17固定安装在连接部13前部或后部，感应线圈17经过成对的磁块16时产生感应电动势，感应线圈17与运动控制器连接。感应线圈17每通过一对磁块16，都会产生两次方向相反的脉冲，磁块16之间的距离已知，通过检测感应脉冲，就可以完成位置的校准，使轨道车12长时间运行后，仍然保持较高的运行精度。

通过垂直轨5完成垂直方向的升降，能够带动检测器对开关柜不同高度部位进行检测，提高巡检准确性和完整性，确保开关柜稳定运行。

以上的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (3)

1.一种开关柜智能巡检机器人，其特征在于，

包括直轨、弯轨、垂直轨、轨道车、基体、爬升机构、球形工作头、运动控制器和检测器，所述直轨按照开关室内的开关柜布局水平固定布置在开关柜的上方，所述弯轨连接在两段直轨之间，所述直轨以及弯轨下表面均加工有T型槽，所述轨道车卡接在所述T型槽内，所述垂直轨固定在所述轨道车下部，所述爬升机构安装在所述基体内，所述爬升机构与所述垂直轨卡接，所述运动控制器与轨道车以及爬升机构连接，所述球形工作头铰接安装在基体底端，所述检测器安装在所述球形工作头内；

所述轨道车包括一对主轮、一对附加轮、车体、连接部和至少两个紧固轮，所述主轮分别铰接安装在所述车体中部的左右两侧，所述主轮与所述直轨以及弯轨的T型槽靠近直轨以及弯轨下表面水平内壁抵接，所述的水平内壁为行进轨道面，所述主轮由受运动控制器控制的步进电机驱动，所述附加轮分别同心固定安装在主轮外侧，所述弯轨T型槽水平内壁靠近弯轨曲率中心的一侧为转弯轨道面，所述转弯轨道面与所述附加轮的高度和位置匹配，所述紧固轮铰接安装在车体顶面，所述紧固轮分布在车体前后两端，所述紧固轮与直轨以及弯轨T型槽的内壁顶部牢固抵接，所述连接部固定安装在车体下方，所述连接部与T型槽在直轨以及弯轨下表面的开口两侧抵接，所述连接部与垂直轨固定连接;

还包括两个防尘布和若干个磁块，所述防尘布分别位于直轨以及弯轨的左右两侧，所述防尘布靠近直轨以及弯轨外侧的部分与直轨以及弯轨对应侧固定连接，所述防尘布靠近直轨以及弯轨中部的部分存在部分重叠，所述若干个磁块成对的均匀的沿直轨以及弯轨延伸方向排列在所述防尘布重叠部分的两侧，所述成对的磁块相互吸引，所述连接部撑开并穿过其所在位置的两个防尘布的重叠部分；

还包括感应线圈，所述感应线圈固定安装在所述连接部前部或后部，所述感应线圈经过所述成对的磁块时产生感应电动势，所述感应线圈与运动控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种开关柜智能巡检机器人，其特征在于，

所述检测器包括红外检测器、视频监控器和局部放电检测器，所述红外检测器、视频监控器以及局部放电检测器均安置在所述球形工作头内，所述红外检测器检测开关柜的温度分布，所述视频监控器监测现场视频画面，所述局部放电检测器包括超声波检测器、暂态地电压检测器以及特高频振动检测器，所述超声波检测器检测开关柜发出的超声波，所述暂态地电压检测器检测开关柜上的设定检测点的暂态对地电压，所述特高频振动检测器检测开关柜设定部位的特高频振动。

3.根据权利要求1或2所述的一种开关柜智能巡检机器人，其特征在于，

所述垂直轨左右两侧均加工有条形齿，所述基体加工有用于容纳所述垂直轨的盲孔，所述爬升机构包括两个齿轮，所述盲孔左右两侧加工有容腔，所述齿轮铰接安装在所述容腔内，所述齿轮与条形齿啮合，所述齿轮由受运动控制器控制的步进电机驱动。

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