CN110899027A - 一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统及喷涂方法 - Google Patents

一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统及喷涂方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，其特征在于，包括：机器人本体和喷涂工具；所述机器人本体包括升降机构，喷涂工具设于升降机构前端；所述喷涂工具包括支撑机构、环抱机构以及至少一个喷涂机构；所述环抱机构与支撑机构连接，且能够相对于支撑机构进行垂直升降运动；所述环抱机构包括环形内腔和能够沿环形内腔运动的环形件，并且，所述环形内腔下方设有环形开口；至少一个喷涂机构设于环抱机构下方，与环形件连接，能够沿环形开口随环形件运动。本发明能够实现绝缘子均匀的喷涂。

Description

一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统及喷涂方法
技术领域
本发明属于变电站带电检修作业技术领域，尤其涉及一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统及喷涂方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
定期对变电站设备进行清扫及防污闪涂料喷涂，是保持设备原有绝缘水平、防止污闪事故发生、保证电网可靠运行的有效手段。变电站支柱绝缘子防污闪涂料喷涂是通过对变电站支柱绝缘子表面喷涂防污闪涂料涂料，来提高绝缘子表面憎水性的一种方法，是一种有效而必要的防污闪手段，经济与社会效益显著。目前，对支柱绝缘子喷涂防污闪涂料主要通过工人手工喷涂实现，能够灵活喷涂绝缘瓷件的不同位置，但是存在以下不足：(1)有大量涂料没有喷到瓷件上而是喷到空气中，造成浪费比较严重和对周围环境的污染；(2)施工质量主要依赖施工人员的经验高低，为施工队偷工减料创造了条件，涂层的质量难以保证；(3)施工过程中施工人员需要脚踩瓷瓶表面、安全绳吊在瓷瓶柱上、易损坏瓷伞裙且不太安全；
尽管目前已经出现了绝缘子RTV自动喷涂的相关技术，但据发明人了解，至少还存在以下问题：
目前的自动喷涂机构通常是基于绝缘子特定形状的考虑，设计为圆周式的喷涂，但是绝缘子是否位于圆周的中心难以保证，只能通过人工多次调整以保证喷涂均匀；
喷射机构相对于绝缘子的位置是固定的，意味着涂料的喷射较为集中，很容易出现不均匀情形，而绝缘子纵向上包括多个凹陷区域，容易出现难以喷涂到的死角，喷涂的均匀性难以保证；
喷涂是否均匀只能通过人工检查，对于涂层薄的区域进行补涂时容易出现衡量不准确而补涂太多的情况。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，在保证喷涂效率的基础上实现了均匀喷涂。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，包括：机器人本体和喷涂工具；所述机器人本体包括升降机构，喷涂工具设于升降机构前端；所述喷涂工具包括支撑机构、环抱机构以及至少一个喷涂机构；所述环抱机构与支撑机构连接，且能够相对于支撑机构进行垂直升降运动；所述环抱机构包括环形内腔和能够沿环形内腔运动的环形件，并且，所述环形内腔下方设有环形开口；至少一个喷涂机构设于环抱机构下方，与环形件连接，能够沿环形开口随环形件运动。
进一步地，支撑机构与环抱机构通过连接支架连接；支撑机构上远离环抱机构的一侧设有竖直的齿条；连接支架套设于支撑机构外部，远离环抱机构的一侧设有与齿条相啮合的第一齿轮；所述连接支架上还设有与齿轮连接的第一步进电机；
所述支撑机构上连接环抱机构的一侧还设有竖直导槽，连接支架上设有与该导槽相匹配的滑块。
进一步地，所述环抱机构的环形内腔与连接支架相对的一侧开口，所述环形件为环形齿轮；所述连接支架与开口相应的位置设有与环形齿轮相啮合的第二齿轮；所述连接支架上还设有与齿轮连接的第二步进电机；
所述环形内腔上表面设有环形导槽，环形齿轮的齿圈上设有与环形导槽相匹配的滑块。
进一步地，所述喷涂机构包括水平滑台、喷枪架和喷枪；其中，水平滑台方向与环抱机构直径方向一致，通过连接杆连接在环形齿轮上；喷枪架连接在水平滑台下方，且能够相对于水平滑台进行径向运动；喷枪架上设有两个上下分布的喷枪位。
进一步地，所述水平滑台上位于环抱机构外侧的一端设有电缸，用于驱动喷枪架进行径向运动。
进一步地，所述喷涂机构为两个；环抱框架下方中心位置处设有接近开关，用于在喷涂过程中感应两个喷涂机构上的电缸。
进一步地，所述喷涂机构还连接储料罐和喷涂控制系统；所述喷涂控制系统包括压缩空气管路、有机溶剂管路、清水管路和涂料管路，其中，压缩空气管路的输入端连接压缩空气储气罐，输出端分为五路，分别连接喷枪、4位换色阀、有机溶剂储料罐、清水储料罐、涂料储料罐；有机溶剂管路、清水管路和涂料管路输入端分别连接有机溶剂储料罐、清水储料罐、涂料储料罐，输出端均与4位换色阀连接，并通过4位换色阀与供给管路连接，供给管路连接喷枪；连接4位换色阀的压缩空气管路、有机溶剂管路、清水管路和涂料管路上分别设有相应管路的开关。
进一步地，还包括2个限位传感器，分别设于支撑机构的顶端及底端，用于限制环抱机构上下运动的极限位置。
进一步地，还包括测距传感器，设于喷涂工具底座上，用于实时测量环抱机构的位置。
进一步地，还包括测厚传感器，设于喷涂机构上朝向环抱机构内侧的一端，用于实时测量喷涂的厚度。
进一步地，还包括喷涂工具控制器，连接无线遥控器。
进一步地，所述环抱机构上设有两个分辨率相同的摄像头，所述两个摄像头均朝向环抱范围内，且设于所述环抱机构所在圆的同一直径上。
一个或多个实施例提供了一种基于所述变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统的喷涂方法，包括以下步骤：
通过控制机器人移动机构和升降机构，使待喷涂绝缘子位于环抱机构所包围的范围内；
启动无线遥控器，建立无线遥控器和RTV喷涂工具的连接；RTV喷涂工具接收无线遥控器发送的控制指令，完成喷涂。
进一步地，使待喷涂绝缘子位于环抱机构所包围的范围内后，还基于环抱机构上两个摄像头采集的待喷涂绝缘子图像，调整RTV喷涂工具方位，使待喷涂绝缘子位于环抱机构所在圆周范围的中心位置。
进一步地，每次喷涂完成后，喷涂工具控制器还执行涂层均匀性判断，若存在不均匀之处，控制喷涂工具运动到相应位置进行补涂。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明提出了变电站支柱绝缘子全方位立体喷涂作业方法，研制了变电站绝缘子防污闪涂料喷涂工具，该喷涂工具能够基于支撑机构进行上下移动，基于环抱机构进行周向移动的喷涂工具，实现了绝缘子360°全方位喷涂；同时，本发明的喷涂机构能够进行径向运动，在喷涂过程中多次靠近和远离待喷涂的绝缘子，模拟了人工喷涂过程，能够有效保证绝缘子的各个位置都得到有效喷涂，解决了变电站绝缘子在喷涂过程中存在的存有喷涂死角、喷涂厚度不均匀等问题，实现了变电站绝缘子防污闪涂料智能喷涂，提升了作业效率。
本发明设计了变电站绝缘子多介质全过程精细喷涂工艺，基于多个喷枪进行喷涂，且包含了有机溶剂、清水、高压气体和涂料四个工序，通过喷涂前绝缘子的清洁，保证了喷涂质量；
本发明建立了多尺度绝缘子样本库，构建了基于笛卡尔空间阈值分割算法的敞开式变电环境下绝缘子识别模型，设计了多视频目标精准识别追踪技术、图像语义分割位置提取算法、多相机同直径半圆中心对准方法，能够实现不同尺寸的支柱绝缘子的识别、实时追踪、定位及对准，实现解决了不同型号的绝缘子难以定位及对准的难题；保证了喷涂工具能够准确到达待喷涂绝缘子处，并且使得绝缘子位于环抱机构所包围范围内的中心，保证了喷涂的均匀性；
本发明提出了融合深度学习、双目立体视觉及视觉伺服技术的控制方法，实现了基于三维图像语义的变电站绝缘子的实时识别定位及位置信息的获取，能够有效的识别喷涂不均匀部位并进行喷涂，保证了RTV喷涂的质量。
本发明还在喷涂过程中基于测厚传感器实时监测当前喷涂的厚度，并且基于激光传感器记录各厚度相应的位置，使得在喷涂结束后可以检查是否有喷涂不均匀之处，到相应位置进行补涂，进一步保证了喷涂的均匀性。
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为本发明一个或多个实施例中喷涂机器人展开状态示意图；
图2为本发明一个或多个实施例中喷涂工具立体图；
图3为本发明一个或多个实施例中喷涂工具环抱机构与喷涂机构连接示意图；
图4为本发明一个或多个实施例中喷射机构局部放大图；
图5为本发明一个或多个实施例中气动系统管路设计原理图；
图6为本发明一个或多个实施例中模块化组装的有机溶剂、清水及涂料储料罐示意图；
图7为本发明一个或多个实施例中喷涂工具模块连接示意图；
图8为本发明一个或多个实施例中遥控器结构示意图；
图9为本发明一个或多个实施例中环抱机构上两个摄像头位置示意图；
图10为本发明一个或多个实施例中基于两个摄像头拍摄的视频进行喷涂工具位置调整的流程图；
图11为本发明一个或多个实施例中基于无线遥控器控制喷涂工具进行喷涂的流程图；
其中，1——支撑机构，2——环抱机构，3——喷涂机构，4——安装底座，5——连接支架，6——第一步进电机，7——环形齿轮，8——旋转齿轮，9——第二步进电机,10——喷枪架，11——喷枪，12——连接杆，13——水平滑台，14——电缸，15——接近开关，16——测距传感器，17——竖直连接杆，18——喷枪位，19——单片机，20——空气压缩机，21——压缩空气储气罐，22——有机溶剂储料搅拌桶，23——清水储料罐，24——防污闪涂料储料罐，25——平板小车，26——摄像头，27——移动机构，28——回转平台，29——大臂，30——伸缩臂，31——小飞臂。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，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。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例公开了一种带电RTV喷涂机器人，包括移动机构27、设于移动机构上的绝缘升降机构和设于升降机构端部的作业终端，所述作业终端上连接RTV喷涂工具。
绝缘升降系统包括回转平台28和多级机械臂，所述多级机械臂设于回转平台上，包括依次连接的大臂29、伸缩臂30和小飞臂21，如图1所示。
如图2，所述RTV喷涂工具包括支撑机构1、环抱机构2以及至少一个喷涂机构3，其中，环抱机构2设置于支撑机构1上，且能相对于所述支撑机构1上下移动；所述至少一个喷涂机构3设置于环抱机构2，并能带动该喷涂机构3绕变电站支柱绝缘子轴线水平旋转；喷涂机构3即用以对变电站支柱绝缘子进行RTV喷涂。
所述RTV喷涂工具还包括安装底座4，用于将所述RTV喷涂工具安装在机器人作业终端上。具体而言，支撑机构1固定连接于安装底座4上，安装底座4用于承载RTV喷涂工具的重量，在喷涂作业时可固定于机器人的升降平台作业终端上，以便升降平台可将喷涂装置送至高处从而接触支柱绝缘子。故，该安装底座4上设有用以与升降平台连接的连接结构如连接孔。
支撑机构1通过连接支架5与环抱机构2连接。具体地，所述支撑机构1上垂直设有滑杆，连接支架5一端为套设于所述滑杆上的滑块，另一端与环抱机构2连接。通过连接支架5的滑块在支撑机构1上的上下滑动带动环抱机构2相对于支撑机构1的上下运动。可在第一步进电机6的驱动下沿支撑机构1上下移动，从而带动连接支架5和环抱机构2上下运动。本领域技术人员可以理解，此处连接机构与支撑机构1的连接不限于滑杆与滑块的方式，可以采用任意其他能够实现连接机构相对于支撑机构1上下运动的方式。
环抱机构2包括环抱框架、环形齿轮7、步进电机以及旋转齿轮8。其中，环抱框架呈半环形并具有一半环形内腔，其两端部均呈开口状。环形齿轮7设于该环抱框架的内腔中，其齿轮一侧通过设于环抱框架侧面的开口而显露出(在本实施例环形齿轮7为外环形齿轮7，故该侧面为外侧面，但不限于此)，且该环形齿轮7亦呈半环形并可于环抱框架内腔中水平运动而穿出环抱框架的端部。所述连接支架5中还设有旋转齿轮8和用于驱动该齿轮的第二步进电机9。该旋转齿轮8和经环抱支架外侧面的开口而显露出的环形齿轮7相啮合形成第二传动副，其可在第二步进电机9驱动下带动环形齿轮7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，环抱框架、环形齿轮7以及旋转齿轮8均采用绝缘材料制成，以起到绝缘防护作用。机构框架采用硬铝合金焊接而成。
所述环抱框架底面设有环形滑槽且两端不封堵。两个喷涂机构3分别设于环抱机构2下方，且分别与环抱框架内腔中的环形齿轮7两端连接，环形齿轮7被驱动旋转时，可带动两个喷涂机构3沿环形滑槽绕环抱支架的轴线水平旋转。由于环抱框架和环形滑槽两端均不设封堵，环形齿轮7带动两个喷涂机构3旋转可实现支柱绝缘的360度喷涂。
为了对环形齿轮7于环抱框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，环抱支架的内腔顶部设有T型导槽，环形齿轮7的齿圈上设有与T型导槽相匹配的T型滑块；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2在运动过程中的“翘头”现象。
如图3-4，喷涂机构3包括连接机构、喷枪架10和喷枪。其中，连接机构包括连接杆12和水平滑台13，并且，水平滑台13的方向与环抱机构2直径方向一致，所述连接杆12与环形齿轮7连接，水平滑台13下方设有水平滑杆；喷枪架10通过套设在水平滑杆上的滑块与连接机构连接。所述喷枪架10包括两个喷枪位18，所述两个喷枪位18呈上下分布。所述两个喷枪位18用于安装喷枪，并且均与喷枪转动连接。实际应用时，两个喷枪沿枪头方向的轴线呈锐角。所述水平滑台13上位于环抱机构2外侧的一端设有电缸14，用于驱动滑块带动喷枪径向往复运动，靠近和远离绝缘子，从而模拟人工手动的喷涂过程，保证绝缘子的边缘及中心能喷涂相同厚度RTV漆料。环抱机构2套设于绝缘子外部，通过环抱机构2的旋转和RTV喷枪的喷涂，能够实现支柱绝缘的360度喷涂。具体地，喷枪架10包括与滑块连接的竖直连接杆17，连接杆17下方连接两个喷枪位18，所述两个喷枪位18分别位于滑杆所在方向的两侧，且上下分布。本领域技术人员可以理解，此处水平连接件与喷枪架10的连接不限于滑杆与滑块的方式，可以采用任意其他能够实现连接机构相对于支撑机构1上下运动的方式。
喷涂机构3的径向运动以及喷枪的角度可调，使得喷涂系统灵活性更高，能够适用于不同直径大小的绝缘子，通过调整喷涂机构3相对于绝缘子的距离，以及两个喷枪之间的角度，来保证喷涂的质量。
环抱框架下方中心位置处设有接近开关15，与两个喷涂机构3上设置的金属电缸14相配合，构成往复旋转控制件，当环形齿轮7自起始位置(即环形齿轮7完全位于环抱支架内，两喷涂机构3分别位于环抱支架的两端部)旋转90°后，接近开关15将感应到靠近环抱支架中心位置的喷涂机构3的金属电缸14，接近开关15随即发送电信号至电机控制器，使第二步进电机9换向，由此旋转齿轮8转向，从而带动环形齿轮7反向旋转。当环形齿轮7反向旋转180°后，接近开关15感应到另一电缸14，将发送电信号至电机控制器，使第二步进电机9再次换向，如此往复循环，使喷枪不停的绕绝缘子轴向往复旋转。从而实现了喷涂机构3周向的往复，保证了绝缘子的充分喷涂。
所述喷涂机构3还连接储料罐，喷涂的过程由喷涂控制系统控制。其中，所述储料罐包括压缩空气储气罐21、有机溶剂储料搅拌桶22、清水储料罐23和防污闪涂料储料罐24，其中，压缩空气储气罐21与空气压缩机20连接，通过空气压缩机20向储气罐内提供压缩空气。如图5，所述喷涂控制系统包括：单片机19、压缩空气管路、清水管路、有机溶剂管路和涂料管路，以及多个电磁阀。
具体地，压缩空气管路的输入端连接压缩空气储气罐21，输出端分为五路：压缩空气管路一、压缩空气管路二、压缩空气管路三、压缩空气管路四和压缩空气管路五；压缩空气管路二输出端直接连接喷枪；压缩空气管路二输出端连接4位换色阀，压缩空气管路三输出端连接清水储料罐23，压缩空气管路四输出端连接有机溶剂储料罐22，压缩空气管路五输出端连接涂料储料罐。有机溶剂管路的输入端连接有机溶剂储料罐，输出端连接4位换色阀。清水管路的输入端连接清水储料罐23，输出端连接4位换色阀。涂料管路的输入端连接涂料储料罐24，输出端连接4位换色阀。
压缩空气管路二、有机溶剂管路、清水管路和涂料管路的输出端通过4位换色阀与供给管路的输入端连接，所述供给管路的输出端分为四路分别连接到四把喷枪上。
压缩空气管路分支之前设有压缩空气总电磁阀，压缩空气管路二、有机溶剂管路、清水管路和涂料管路上分别设有吹干开关、溶剂管路开关、清水管路开关和涂料管路开关，4位换色阀用于控制上述四个管路开关的通断。本领域技术人员可以理解，吹干开关、溶剂管路开关、清水管路开关和涂料管路开关也可分别设于压缩空气管路三、压缩空气管路四和压缩空气管路五上。
所述供给管路上还设有用于控制流量的流量控制比例阀。所述四把喷枪均连接开关枪电磁阀，用于控制四把喷枪的开关，并且，四把喷枪还连接用于控制雾化大小的雾化大小控制比例阀。
上述压缩空气总电磁阀、吹干开关、溶剂管路开关、清水管路开关、涂料管路开关、开关枪电磁阀、以及两处比例阀均与单片机连接。
所述喷涂控制系统的喷涂过程包括：
(1)控制压缩空气总电磁阀和喷枪电磁阀打开；
(2)通过4位换色阀控制溶剂管路开关打开，压缩空气进入有机溶剂储料罐，进行有机溶剂喷涂工序；
(3)通过4位换色阀控制清水管路开关打开，进行清水冲洗工序；
(4)通过4位换色阀控制吹干开关打开，进行吹干工序；
(5)通过4位换色阀控制涂料管路开关打开，进行涂料喷涂工序；喷涂过程中，通过雾化大小控制比例阀控制雾化大小；
上述喷涂过程中通过流量大小比例阀控制流量。
空气压缩机20、压缩空气储气罐21、有机溶剂储料搅拌桶22、清水储料罐23、防污闪涂料储料罐24和单片机19均进行模块化组装，集成到平板小车25上，便于移动运输，如图6所示。
本实施例中，空气压缩机20采用滑片式压缩机。吹干开关、溶剂管路开关、清水管路开关和涂料管路开关均为五位三通阀。
上述喷涂控制系统包含多路管路，能够实现多工序喷涂工作，并且，由压缩气体提供动力，且通过设置一条与喷枪直连的压缩空气管路，使得喷射动力足够大，保证了有效的喷涂。
为了进一步保证喷涂的均匀性，所述环抱机构2中，环抱框架上设置两个摄像头，且两个摄像头位于环抱机构2所在圆的同一条直径上，即，分别位于半圆环环抱框架的两个端部。所述两个摄像头分辨率相同(分辨率为M×N)，且镜头方向相对，两个摄像头可采集到环抱范围内的图像，如图9所示。图像用以实现绝缘子的定位，辅助机器人升降机构姿态变换以及环抱机构2的运动，使得喷涂时绝缘子位于喷涂机构3喷射范围的中心，保证喷涂的均匀性。
为了保证喷涂工具自身的安全性和便于精准控制，所述喷涂工具上还设有测距传感器16、限位传感器和测厚传感器。
测距传感器16设于安装底座4上，用于实时测量环抱机构2上下移动的距离，一方面保证RTV喷涂过程中的匀速运动以实现RTV喷涂的质量，另一方面通过限定环抱机构2的最大可移动距离可以保证环抱机构2不会超出极限位置，从而对喷涂工具起到保护作用。
限位传感器有2个，分别设于支撑机构1的顶端及底端，用于限制环抱机构2上下运动的极限位置。
激光测距仪与限位传感器为喷涂工具提供了双重保护，假如激光传感器损坏或出现故障时，限位传感器能保护环保机构不会超出极限位置。
测厚传感器设于喷涂机构3上，用于实时监测喷涂的厚度。当环抱机构2旋转时，测厚传感器能实时监测传感器与绝缘子表面的距离，数据传送给控制系统，能实时计算涂层厚度，根据旋转角度能记录每一个角度位置的涂层厚度。
参见图7，所述RTV喷涂工具上还设有ARM控制器，ARM控制器同时与测厚传感器、测距传感器16、限位传感器、步进电机驱动器、步进电机编码器、喷涂控制系统的单片机以及两个摄像头相连接，如图9所示。
所述RTV喷涂工具上还设有无线接收器，本实施例中，无线接收器采用DC24V供电，通讯接口为RS485，Modbus RTU。无线接收器与ARM控制器通过RS485相连接。
所述无线接收器还通过无线射频连接无线遥控器。参见图8，RTV喷涂机构3的无线遥控器主要包括包含一个万向三轴模拟量杆，用来控制RTV喷涂工具的上下级环抱运动；一个模拟电位器，主要进行各个运动关节的运动速度的控制；四个开关量按钮，分别是电源开关、手动/自动模式选择、左侧径向运动、右侧径向运动；一个电源指示灯、一个信号指示灯；一个急停开关。电源指示灯用来指示电源开关的开合，信号指示灯代表无线遥控器与无线接收器之间的数据传输。无线遥控器采用锂电池供电。
所述机器人还包括中央控制器，与RTV喷涂工具上的ARM处理器连接。所述中央控制器用于控制机器人的移动平台、旋转机构的旋转以及升降机构的升降，使得待喷涂的绝缘子能够位于环抱机构2所包围的范围内，以及接收RTV喷涂工具上的ARM处理器发送的位姿调整指令，对移动平台、旋转机构或升降机构进行调整，使得待喷涂绝缘子位于环抱机构2所在圆周范围的中心位置。
将喷涂工具固定于作业机器人的作业终端上，基于上述喷涂工具进行喷涂的过程如下：
步骤1：调整机器人的位置以及升降平台的姿态，并通过环抱机构2上两个摄像头采集的视频辅助调整，使得待喷涂绝缘子位于环抱机构2所包围的范围内。
步骤2：基于环抱机构2上两个摄像头采集的待喷涂绝缘子视频，调整RTV喷涂工具方位，使得待喷涂绝缘子位于环抱机构2所在圆周范围的中心位置。如图10所示，具体包括：
(1)获取摄像头1和摄像头2采集到的两路视频；
(2)对两路进行分析，通过卷积神经网络算法检测视频流里是否存在绝缘子，若存在绝缘子，进入步骤3；若不存在，调整机器人升降平台姿态，重复步骤1-2，直至能够检测到绝缘子；
(3)对两路视频流中检测到的绝缘子区域分别使用阈值分割的方法提取绝缘子连通域，并求取连通域的中心点(x1,y1)、(x2,y2)和连通域所占像素点总数Num1、Num2，并通过Num1、Num2确定连通域所占视频流图像比例：
Figure BDA0002309689820000131
摄像头1和摄像头2采集到的图像大小为M×N，则其视野中心的像素位置均为
Figure BDA0002309689820000132
(4)通过比较c1、c2的大小及(x1,y1)与
Figure BDA0002309689820000133
(x2,y2)与
Figure BDA0002309689820000134
的位置关系可得到绝缘子在半圆环抱装置内的位置，并根据比较结果对调整装置与绝缘子的相对位置，直至绝缘子位于装置中间；
其比较结果与调整方式如下，设error为像素位置允许的最大误差，一般error≤5：
若c1>c2，绝缘子更加靠近摄像头1，需调整装置，使绝缘子向摄像头2一侧移动；
若c2>c1，绝缘子更加靠近摄像头2，需调整装置，使绝缘子向摄像头1一侧移动；
若c1＝c2，绝缘子在左右位置上，已经位于中心；
若
Figure BDA0002309689820000141
或
Figure BDA0002309689820000142
绝缘子在前后位置上，已经位于中心；
若
Figure BDA0002309689820000143
并且
Figure BDA0002309689820000144
绝缘子更加靠近环抱装置内侧，需调整装置，使绝缘子向环抱装置外侧移动；
若
Figure BDA0002309689820000145
并且
Figure BDA0002309689820000146
绝缘子更加靠近环抱装置外侧，需调整装置，使绝缘子向环抱装置内侧移动；
若|x1-x2|>error或者|y1-y2|>error，两个摄像头位置未对齐，其视野中心不在同一条水平线上，需重新调节两个摄像头位置。
步骤3：启动无线遥控器，建立无线遥控器和RTV喷涂工具的连接；RTV喷涂工具接收无线遥控器发送的控制指令，按照喷涂有机溶剂、清水冲洗、高压空气吹干和喷涂涂料的工序完成喷涂。参见图11，具体过程如下：
首先选择工作模式：手动/自动；
当处于自动喷涂模式的时候，RTV喷涂工具自上而下，进行环抱喷涂，完成360度喷涂后，逐渐往下平移喷涂；本领域技术人员可以理解，可以通过预设环抱喷涂的次数和速度来决定每层绝缘子喷涂的厚度。
当处于手动喷涂模式时，通过无线遥控系统控制RTV喷涂机构3上下移动或环抱运动，径向往复运动可以打开也可以关闭。通过万向三轴模拟量杆来决定上下运动的速度，通过控制环抱喷涂次数和速度把握每层绝缘子喷涂的厚度。
在基于喷涂次数和速度控制喷涂厚度的基础上，为了进一步提高均匀性，在喷涂工具上下和旋转喷涂过程中，喷涂工具控制器还判断是否存在不均匀之处，待本次喷涂完成之后，控制喷涂工具运动到指定位置进行补涂，具体包括：
基于测厚传感器实时获取当前喷涂位置的涂层厚度；
同时，基于测距传感器16获取当前喷涂位置的高度；以周向往复运动的起始位置为基准，基于周向往复运动的速度计算当前喷涂位置的旋转角度；
本次喷涂任务完成后，得到待喷涂绝缘子所有位置的涂层厚度，判断是否存在涂层厚度小于设定阈值的位置，若存在，获取该位置相应的高度和角度，若不存在；其中，设定阈值可设定为所有喷涂厚度的平均值；
控制喷涂机构3返回至各待补涂位置依次进行补涂，同时在对各待补涂位置补涂过程中，基于测厚传感器实时监测厚度，达到该设定阈值时，该位置补涂结束。
通过视觉定位保证绝缘子位于环抱机构2中心，通过测厚传感器对涂层厚度进行实时监测，保证了绝缘子喷涂的均匀性。
所述的限位传感器采用基恩士PZ-G强力光型光电传感器，检测距离为300mm，反应时间为500us，输入输出电路为PNP输出。所述的测距传感器16采用SICK中程距离传感器Dx35，测量范围50mm-12000mm可调，分辨率为0.1mm，输出可选4-20mA或0-10V输出。所述的测厚传感器采用基恩士IL-600CMOS激光位移传感器，从传感器探头起的测量范围是200mm-1000mm，测量距离为800mm。测量精度为50um，用于测量RTV喷涂前后传感器与绝缘子之间的距离，从而计算出RTV喷涂的厚度。
测厚传感器、测距传感器16输出信号为0-10V电压，经过电路转换为0-3.3V电压，进入ARM控制器的AD输入接口，实现厚度及距离的测量。限位传感器为开关量信号，经过信号处理后，与ARM控制器的IO口相连接，用来判断RTV喷涂工具是否运行至极限位置。
步进电机驱动器与步进电机相连接，步进电机与步进电机编码器相连接，编码数据反馈到ARM控制器，实现步进电机的速度环、位置环双环闭环控制。步进电机驱动器接收ARM控制器发来的指令，对步进电机进行精确控制，完成RTV喷涂工具的精确运动控制。
所述的步进电机选择为42系列及86系列步进电机，周向往复运动采用42系列步进电机，导程为5mm，行程为150mm；竖直方向运动采用86系列步进电机，导程为5mm，行程为750mm。所述的步进电机驱动器采用32细分步进电机驱动器，所述的步进电机编码器采用600线编码器。编码器采集步进电机的运动数据反馈为ARM控制器，形成PID闭环控制。
所述的ARM控制器采用STM32F407IGT6芯片，具有串口、CAN、485通信接口，步进电机、编码器、AD/DA等功能接口，完成RTV喷涂系统的逻辑控制算法及多传感器的信号采集功能。电路设计了隔离输出输入、共模抑制电路、插拔式接线端子、采用步进电机插补算法进行步进电机各个轴的运动控制。
所述的无线接收器主要包括接收天线、无线接收控制器、无线接收数据电源线，所述的无线接收数据电源线主要包括DC24V+、DC24V-、RS-485A+、RS-485B-、GND。
以上一个或多个实施例具有以下技术效果：
本发明提出的喷涂工具能够基于支撑机构进行上下移动，基于环抱机构进行周向移动的喷涂工具，实现了绝缘子360°全方位喷涂；同时，本发明的喷涂机构能够进行径向运动，在喷涂过程中多次靠近和远离待喷涂的绝缘子，模拟了人工喷涂过程，能够有效保证绝缘子的各个位置都得到有效喷涂。
本发明基于多个喷枪进行喷涂，且包含了有机溶剂、清水、高压气体和涂料四个工序，通过喷涂前绝缘子的清洁，保证了喷涂质量；
本发明的喷涂机器人能够智能识别绝缘子，并引入双摄像头，基于获取的视频流智能识别喷涂工具是否以到达待喷涂绝缘子处，并且基于两个摄像头获取的图像中绝缘子在图像中的位置对喷涂工具方位进行调整，使得绝缘子位于环抱机构所包围范围内的中心，保证了喷涂的均匀性；
本发明还在喷涂过程中基于测厚传感器实时监测当前喷涂的厚度，并且基于激光传感器记录各厚度相应的位置，使得在喷涂结束后可以检查是否有喷涂不均匀之处，到相应位置进行补涂，进一步保证了喷涂的均匀性。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
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。
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 (18)

1.一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，其特征在于，包括：机器人本体和喷涂工具；所述机器人本体包括升降机构，喷涂工具设于升降机构前端；所述喷涂工具包括支撑机构、环抱机构以及至少一个喷涂机构；所述环抱机构与支撑机构连接，且能够相对于支撑机构进行垂直升降运动；所述环抱机构包括环形内腔和能够沿环形内腔运动的环形件，并且，所述环形内腔下方设有环形开口；至少一个喷涂机构设于环抱机构下方，与环形件连接，能够沿环形开口随环形件运动。
2.如权利要求1所述的一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，其特征在于，支撑机构与环抱机构通过连接支架连接；支撑机构上垂直设有滑杆，连接支架一端为套设于所述滑杆上的滑块，另一端与环抱机构连接；所述滑块与第一步进电机连接。
3.如权利要求1所述的一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，其特征在于，所述环抱机构的环形内腔与连接支架相对的一侧开口，所述环形件为环形齿轮；所述连接支架与开口相应的位置设有与环形齿轮相啮合的第二齿轮；所述连接支架上还设有与齿轮连接的第二步进电机；
所述环形内腔上表面设有环形导槽，环形齿轮的齿圈上设有与环形导槽相匹配的滑块。
4.如权利要求1所述的一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，其特征在于，所述喷涂机构包括水平滑台、喷枪架和喷枪；其中，水平滑台方向与环抱机构直径方向一致，通过连接杆连接在环形齿轮上；喷枪架连接在水平滑台下方，且能够相对于水平滑台进行径向运动；喷枪架上设有两个上下分布的喷枪位。
5.如权利要求4所述的一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，其特征在于，所述水平滑台上位于环抱机构外侧的一端设有电缸，用于驱动喷枪架进行径向运动。
6.如权利要求5所述的一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，其特征在于，所述喷涂机构为两个；环抱框架下方中心位置处设有接近开关，用于在喷涂过程中感应两个喷涂机构上的电缸。
7.如权利要求4所述的一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，其特征在于，所述喷涂机构还连接储料罐和喷涂控制系统；所述喷涂控制系统包括压缩空气管路、有机溶剂管路、清水管路和涂料管路，其中，压缩空气管路的输入端连接压缩空气储气罐，输出端分为五路，分别连接喷枪、4位换色阀、有机溶剂储料罐、清水储料罐、涂料储料罐；有机溶剂管路、清水管路和涂料管路输入端分别连接有机溶剂储料罐、清水储料罐、涂料储料罐，输出端均与4位换色阀连接，并通过4位换色阀与供给管路连接，供给管路连接喷枪；连接4位换色阀的压缩空气管路、有机溶剂管路、清水管路和涂料管路上分别设有相应管路的开关。
8.如权利要求1所述的一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，其特征在于，还包括2个限位传感器，分别设于支撑机构的顶端及底端，用于限制环抱机构上下运动的极限位置。
9.如权利要求1所述的一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，其特征在于，还包括测距传感器，设于喷涂工具底座上，用于实时测量环抱机构的位置。
10.如权利要求1所述的一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，其特征在于，还包括测厚传感器，设于喷涂机构上朝向环抱机构内侧的一端，用于实时测量喷涂的厚度。
11.如权利要求1所述的一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，其特征在于，还包括喷涂工具控制器，连接无线遥控器。
12.如权利要求1所述的一种变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统，其特征在于，所述环抱机构上设有两个分辨率相同的摄像头，所述两个摄像头均朝向环抱范围内，且设于所述环抱机构所在圆的同一直径上。
13.一种基于如权利要求1-12任一项所述变电站绝缘子防污闪涂料喷涂机器人系统的喷涂方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过控制机器人移动机构和升降机构，使待喷涂绝缘子位于环抱机构所包围的范围内；
启动无线遥控器，建立无线遥控器和RTV喷涂工具的连接；RTV喷涂工具接收无线遥控器发送的控制指令，完成喷涂任务。
14.如权利要求13所述的喷涂方法，其特征在于，使待喷涂绝缘子位于环抱机构所包围的范围内后，还基于环抱机构上两个摄像头采集的待喷涂绝缘子图像，基于笛卡尔空间阈值分割算法对图像进行图像分割，根据多尺度绝缘子样本库，确定绝缘子所在位置；根据两幅图像上绝缘子所在位置，调整RTV喷涂工具方位，使待喷涂绝缘子位于环抱机构所在圆周范围的中心位置。
15.如权利要求13所述的喷涂方法，其特征在于，所述喷涂任务按照四个工序执行：
控制压缩空气总电磁阀和喷枪电磁阀打开；
通过换色阀控制溶剂管路开关打开，压缩空气进入有机溶剂储料罐，进行有机溶剂喷涂工序；
通过换色阀控制清水管路开关打开，进行清水冲洗工序；
通过换色阀控制吹干开关打开，进行吹干工序；
通过换色阀控制涂料管路开关打开，进行涂料喷涂工序。
16.如权利要求14所述的喷涂方法，其特征在于，喷涂过程中以及每次喷涂完成后，喷涂工具控制器还执行涂层均匀性判断，若存在不均匀之处，控制喷涂工具运动到相应位置进行补涂。
17.如权利要求16所述的喷涂方法，其特征在于，喷涂过程中涂层均匀性判断包括：喷涂过程中，实时获取两个摄像头拍摄的绝缘子图像，结合深度学习进行立体匹配，恢复三维信息，根据三维信息判断是否存在不均匀之处，若存在，获取该位置相应的高度和角度，控制喷涂机构运动至相应位置进行补涂。
18.如权利要求16所述的喷涂方法，其特征在于，喷涂完成后涂层均匀性判断包括：
接收喷涂过程中基于测厚传感器实时获取的当前喷涂位置的涂层厚度、基于测距传感器获取的当前喷涂位置的高度，以及以周向往复运动的起始位置为基准，基于周向往复运动的速度计算的当前喷涂位置的角度，得到待喷涂绝缘子所有位置的涂层厚度；
判断是否存在涂层厚度小于设定阈值的位置即为涂层不均匀位置。
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