CN111845991B

CN111845991B - 一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人

Info

Publication number: CN111845991B
Application number: CN202010751397.3A
Authority: CN
Inventors: 邓昭辉; 缪高策; 林顺生; 田康; 赵海; 何必翔; 苏剑锋; 赵松; 周新; 陈家辉; 丁宇洁; 欧阳广泽
Original assignee: Guizhou Power Grid Co Ltd
Current assignee: Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority date: 2020-07-30
Filing date: 2020-07-30
Publication date: 2021-12-28
Anticipated expiration: 2040-07-30
Also published as: CN111845991A

Abstract

本发明公开了一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人，包括电磁吸附式机器人和遥控器，电磁吸附式机器人与遥控器通信连接，电磁吸附式机器人上安装有故障摄像系统。本发明的体积小巧，可深入变压器内部观测；具备电磁吸附能力，可以吸附在壁面上并克服重力实现攀爬；适应变压器内部复杂的特殊环境，可以灵活翻越突出的结构障碍；携带高清万向摄像头，可以准确判断变压器故障类型及位置；远程遥控操纵，不会由于人员进入给变压器带来污染；结构合理，性能可靠；减轻检修人员的工作负担，提高工作效率。

Description

一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人

技术领域

本发明涉及一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人，属于变电器维护设备技术领域。

背景技术

变电站内的变压器作为电力系统中不可或缺的组成部分，对于电网安全稳定运行扮演着举足轻重的角色。变压器的应用不仅能够保障配电网的安全、高效运行，同时还能够根据需求对电能供应进行调节，实现对于电力供应的最优化配置。因此变压器内部或外部故障会给系统带来严重的后果，轻则造成小面积区域短时间停电，重则给生产生活带来巨大的负面影响，甚至引发强烈的社会反响，可能会连锁式地造成其他的不良后果。

常见的电力变压器发生铁芯多点接地、绕组变形、局部放电等故障时，通常需要停电检修，同时为了准确判断故障类型、故障位置，检修前需要放干变压器中的绝缘油。但是由人工经变压器上设置的人孔进入到变压器内部进行勘察工作量很大，因为变压器内部空间狭小，变压器内部有许多地方人员无法到达，而且容易由于人工进入带来污染。由于上述的检修方式不能够准确判断故障类型、故障位置，容易导致大量的人力物力浪费；增加变压器的停电次数和停电时间；增加维修过程中产生新的设备隐患的可能；变压器产生不可逆损伤，使总体寿命下降；增加变压器的检修难度和检修费用等问题。迄今未见有关适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人系统的文献报道和实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人，以解决上述现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人，包括电磁吸附式机器人和遥控器，电磁吸附式机器人与遥控器通信连接，电磁吸附式机器人上安装有故障摄像系统。

优选的，上述电磁吸附式机器人包括电磁吸附系统、主电池和下板，电磁吸附系统安装在下板下方，主电池安装在下板上方，故障摄像系统安装在主电池上。

优选的，上述电磁吸附系统包括布置在下板下方四角处的四根电磁吸附行走腿，每根电磁吸附行走腿包括竖向电动回转关节、连接上段、上电动回转关节、连接中段、下电动回转关节、连接下段和硅钢片吸附盘，连接上段通过竖向电动回转关节连接到下板上，连接中段通过上电动回转关节连接到连接上段，连接中段通过下电动回转关节连接到连接下段，连接下段端部固定连接硅钢片吸附盘。

优选的，上述一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人还包括与主电池相同大小的副电池，副电池与主电池并排对称安装在下板上。

优选的，上述故障摄像系统包括上板、万向摄像头和无线接收装置，万向摄像头和无线接收装置分别安装在上板上端两侧。

优选的，上述遥控器包括电源键、方向控制键、摄像控制键、故障摄像键和无线发送装置，电源键、方向控制键、摄像控制键、故障摄像键和无线发送装置连接到遥控控制器。

优选的，上述电磁吸附式机器人和故障摄像系统连接到机器人控制器。

优选的，上述一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人还包括转动处理电路和硅钢片电路，转动处理电路包括电平转换单片机、振荡器和控制单片机，电平转换单片机的R1IN端和T1OUT端连接到机器人控制器，R1OUT端和T1IN端连接到控制单片机的RXD短和TXD端，振荡器的NC端连接到控制单片机的INT0端，控制单片机的12个PWM信号端口均通过光耦隔离电路连接到12个整形电路，其中，4个整形电路连接到竖向转动轴电路，8个个整形电路连接到上下转动轴电路，光耦隔离电路包括依次连接到发光二极管和光敏三极管，整形电路采用反相器，硅钢片电路包括连接机器人控制器的接收机二，接收机二的输出端通过降压限流电路连接到二级放大电路，二级放大电路连接到硅钢片吸附盘的硅钢片。

优选的，上述竖向转动轴电路包括接收机一，接收机一的左转信号端和右转信号端均通过二级放大电路连接到竖向电动回转关节的转动电机M1。

优选的，上述上下转动轴电路包括信号解调电路和驱动集成电路，信号解调电路的输出端口连接到驱动集成电路的输入端，驱动集成电路的输出端连接到上电动回转关节或下电动回转关节的转动电机M2。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：

（1）本发明在检修人员的目标指令通过无线遥控器发送给电磁吸附式机器人，电磁吸附式机器人将动作指令和摄像指令分别传递给电磁吸附系统或者故障摄像系统，完成目标指令，从而实现机器人在变压器内壁的行走和故障拍摄，远程自动化勘察变压器内，工作量大大降低，勘察更容易，避免污染变压器内部，远程故障摄像，故障类型和位置判断更准确，更加省时省力，成本更低，降低停电次数和停电时间，避免设备新隐患的产生和变压器产生不可逆损伤，提高变压器寿命，检修更容易，检修费用更低；

（2）通过下板连接上下的主电池和电磁吸附系统，结构紧凑，重心低，便于行走控制，采用主电池上方安装故障摄像系统，便于提高摄像范围，更利于发现故障；

（3）电磁吸附系统的四腿结构，便于各个方向行走，硅钢片吸盘，便于稳定可靠地吸附到变压器内部，三自由端的机械臂，能够实现各个方向的行走移动，行走更灵活；

（4）加装副电池，用于供电应急，对称布置，便于重心对称，利于行走控制，而且双电池连接上板，使得上板稳定性更好；

（5）采用万向的万向摄像头进行远程摄像，无线接收装置进行远程命令操控，故障拍摄准确可靠；

（6）遥控器通过方向控制键、摄像控制键、故障摄像键能够实现机器人的远程方向控制、摄像控制以及故障摄像控制；

（7）转动处理电路中控制单片机对产生的脉冲信号进行技术产生PWM信号，PWM信号通过发光二极管和光敏三极管的光电耦合隔离，实现信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力，在经过反相器的整形，获得可靠的控制信号，实现转动控制；硅钢片电路通过接收机接收机器人控制器的吸附指令，采用降压限流电路进行降压限流，进入二级放大电路进行信号放大，从而便于硅钢片的强力吸附。

综上所述，本发明的体积小巧，可深入变压器内部观测；具备电磁吸附能力，可以吸附在壁面上并克服重力实现攀爬；适应变压器内部复杂的特殊环境，可以灵活翻越突出的结构障碍；携带高清万向摄像头，可以准确判断变压器故障类型及位置；远程遥控操纵，不会由于人员进入给变压器带来污染；结构合理，性能可靠；减轻检修人员的工作负担，提高工作效率。

附图说明

图1为一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人原理图；

图2为一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人的电磁吸附机器人结构示意图；

图3为一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人的无线遥控器结构示意图；

图4为一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人的电磁吸附式机器人俯视图；

图5为一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人的电磁吸附系统前视图；

图6为一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人的电磁吸附系统左视图；

图7为一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人的电磁吸附系统俯视图；

图8为一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人的转动处理电路图；

图9为一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人的竖向转动轴电路；

图10为一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人的上下转动轴电路；

图11为一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人的硅钢片电路图。

图中：1、电磁吸附式机器人，2、无线遥控器，3、机器人控制器，4、电磁吸附系统，5、故障摄像系统，6、主电池，7、副电池，8、无线接收装置，9、上板，10、下板，11、电源键，12、方向控制键，13、摄像控制键，14、故障摄像键，15、无线发送装置，16、竖向电动回转关节，17、连接上段，18、上电动回转关节，19、连接中段，20、下电动回转关节，21、连接下段，22、硅钢片吸附盘，23、转动处理电路，24、竖向转动轴电路，25、上下转动轴电路，26、硅钢片电路，27、电平转换单片机，28、振荡器，29、控制单片机，30、反相器一，31、反相器二，32、反相器三，33、反相器四，34、反相器五，35、反相器六，36、反相器七，37、反相器八，38、反相器九，39、反相器十，40、反相器十一，41、反相器十二，42、接收机一，43、信号解调电路，44、驱动集成电路，45、接收机二，46硅钢片。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1示，一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人，包括电磁吸附式机器人1和遥控器2，电磁吸附式机器人1与遥控器2通信连接，电磁吸附式机器人1上安装有故障摄像系统5，检修人员的目标指令通过无线遥控器2上的无线发送装置15发送给电磁吸附式机器人1上的无线接收装置8，再传递给机器人控制器（处理计算机）3处理，机器人控制器3将动作指令和摄像指令分别传递给电磁吸附系统4或者故障摄像系统5，完成目标指令。

优选的，上述电磁吸附式机器人1包括电磁吸附系统4、主电池6和下板10，电磁吸附系统4安装在下板10下方，主电池6安装在下板10上方，故障摄像系统5安装在主电池6上；电磁吸附系统4包括布置在下板10下方四角处的四根电磁吸附行走腿，每根电磁吸附行走腿包括竖向电动回转关节16、连接上段17、上电动回转关节18、连接中段19、下电动回转关节20、连接下段21和硅钢片吸附盘22，连接上段17通过竖向电动回转关节16连接到下板10上，连接中段19通过上电动回转关节18连接到连接上段17，连接中段19通过下电动回转关节20连接到连接下段21，连接下段21端部固定连接硅钢片吸附盘22，如图4所示，转动处理电路23将处理计算机3传递的动作命令处理后传递给竖向转动轴电路24、上下转动轴电路25。竖向转动轴电路24控制竖向电动回转关节16转动。上下转动轴电路25控制上电动回转关节18和下电动回转关节20转动；一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人还包括与主电池6相同大小的副电池7，副电池7与主电池6并排对称安装在下板10上；无线接收装置8负责接收无线遥控器2发送的目标指令。处理计算机3负责将目标指令处理后得到动作指令和摄像指令，分别传递给电磁吸附系统4、故障摄像系统5。电磁吸附系统4可以实现在油浸式变压器内壁上电磁吸附并攀爬的功能。故障摄像系统5可以实现360°循环转动摄像的功能。主电池6为电磁吸附系统4供电。副电池7为处理计算机3和故障摄像系统5供电。

优选的，上述故障摄像系统5包括上板9、万向摄像头23和无线接收装置8，万向摄像头23和无线接收装置8分别安装在上板9上端两侧，通过万向摄像头拍摄后无线传输到无线遥控器终端进行故障判断，还安装有照明装置，便于清晰地查看变压器内部情况。

优选的，上述遥控器2包括电源键11、方向控制键12、摄像控制键13、故障摄像键14和无线发送装置15，电源键11、方向控制键12、摄像控制键13、故障摄像键14和无线发送装置15连接到遥控控制器，能够实现自动化的远程操控，控制机器人移动、摄像和故障摄像。

优选的，上述电磁吸附式机器人1和故障摄像系统5的遥控控制器连接到机器人控制器3。

优选的，上述一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人还包括转动处理电路和硅钢片电路26，转动处理电路包括电平转换单片机27、振荡器28和控制单片机29，电平转换单片机27的R1IN端和T1OUT端连接到机器人控制器3，R1OUT端和T1IN端连接到控制单片机29的RXD短和TXD端，振荡器28的NC端连接到控制单片机29的INT0端，控制单片机29的12个PWM信号端口均通过光耦隔离电路连接到12个整形电路，其中，4个整形电路连接到竖向转动轴电路24，8个个整形电路连接到上下转动轴电路25，光耦隔离电路包括依次连接到发光二极管和光敏三极管，整形电路采用反相器，如图5所示，电平转换单片机27、外接电容C5、外接电容C6、接地电阻C7、接地电阻C8、接地电阻C9将处理计算机3的动作命令转化成TTL电平输入控制单片机29。振荡器28、接地电容C1、接地电容C2、接地电阻C10、充电电阻R1、充电电阻R2作为定时基准，产生脉冲信号输入控制单片机29。控制单片机29通过对脉冲信号进行计数产生PWM信号，产生的12个信号通过端口21、22、23、24、25、26、27、28、32、33、34、35输出。输出的12路PWM信号通过发光二极管VL1、发光二极管VL2、发光二极管VL3、发光二极管VL4、发光二极管VL5、发光二极管VL6、发光二极管VL7、发光二极管VL8、发光二极管VL9、发光二极管VL10、发光二极管VL11、发光二极管VL12、光敏三极管VT1、光敏三极管VT2、光敏三极管VT1、光敏三极管VT2、光敏三极管VT3、光敏三极管VT4、光敏三极管VT5、光敏三极管VT6、光敏三极管VT7、光敏三极管VT8、光敏三极管VT9、光敏三极管VT10、光敏三极管VT11、光敏三极管VT12进行光耦隔离。再通过反相器一30、反相器二31、反相器三32、反相器四33、反相器五34、反相器六35、反相器七36、反相器八37、反相器九38、反相器十39、反相器十一40、反相器十二41对信号进行整形，产生标准的PWM信号1-12，PWM信号1-4输入竖向转动轴电路24，PWM信号5-12输入上下转动轴电路25。

硅钢片电路26包括连接机器人控制器的接收机二45，接收机二45的输出端通过降压限流电路连接到二级放大电路，二级放大电路连接到硅钢片吸附盘的硅钢片46，如图8所示，接收机45接受处理计算机3发送的电磁吸附动作指令，经过降压限流二极管VD5、降压限流二极管VD6、降压限流电阻R43、降压限流电阻R44的降压限流后，再经过放大三极管VT19、放大三极管VT20的两级放大后使硅钢片46得电产生磁性吸附在变压器内壁上。硅钢片电路26的通断控制电磁吸附系统4是否吸附在变压器内壁上。

优选的，上述竖向转动轴电路24包括接收机一42，接收机一42的左转信号端和右转信号端均通过二级放大电路连接到竖向电动回转关节的转动电机M1，如图6所示，接收机42接受PWM信号1-4后输出方向信号，当输出左转信号时，经过限流电阻R29、偏置电阻R33、放大三极管VT13、放大三极管VT15、放大三极管VT16的两级放大后输入转动电机M1，控制转动电机M1正转；反之输出右转信号时，经过限流电阻R30、偏置电阻R34、放大三极管VT14、放大三极管VT17、放大三极管VT18的两级放大后输入转动电机M1，控制转动电机M1反转。保护二极管VD1、保护二极管VD2、保护二极管VD3、保护二极管VD4用于保护转动电机M1。竖向转动轴电路24控制竖向转动轴16的转动。

优选的，上述上下转动轴电路25包括信号解调电路43和驱动集成电路44，信号解调电路43的输出端口连接到驱动集成电路44的输入端，驱动集成电路44的输出端连接到上电动回转关节或下电动回转关节的转动电机M2，如图7所示，PWM信号5-12输入信号解调电路43进行解调，获得一个直流偏置电压。该直流偏置电压与电位器R42的电压比较，获得的电压差从信号解调电路43的3接口输入驱动集成电路44的5接口，处理后控制转动电机M2正转或者反转。当转动电机M2转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器R42旋转，直至电压差为0后，信号解调电路43控制转动电机M2停止转动。上下转动轴电路25通过PWM信号利用占空比的变化控制上转动轴18、下转动轴20的转动。

采用的各个器件型号：

主电池：胜康磷酸铁锂电池。

副电池：胜康磷酸铁锂电池。

万向摄像头：海康威视萤石C6C。

上板：钛合金材料，长20厘米，宽15厘米，高1厘米。

下板：钛合金材料，长20厘米，宽15厘米，高1厘米。

连接上段：铝合金材料，长4厘米，宽3厘米，高2厘米。

连接中段：铝合金材料，长5厘米，宽1厘米，高6厘米。

连接下段：铝合金材料，长5厘米，宽1厘米，高6厘米。

无线发送装置：雪印 RFM98-433/470S2。

无线接收装置：雪印 RFM98-433/470S2。

电平转换单片机：TI MAX232。

振荡器：TI NE555DR。

控制单片机：ATMEL AT89S51-24AU。

保护电容：AVX TAJD477K006RNJ。

接地电容：AVX TAJB107M010RNJ。

外接电容：YAGEO CC0402ZRY5V7BB104。

接地电阻：YAGEO RC0402FR-134K7L。

充电电阻：YAGEO RC0100JR-0722RL。

限流电阻：YAGEO RC0100FR-073K3L。

分压电阻：YAGEO RC0603JR-07100KL。

偏置电阻：ON DTC144EET1G。

发光二极管：TOSHIBA TLP521。

保护二极管：VISHAY SMAJ11A。

降压限流二极管：ON NSI45030AT1G。

光敏三极管：VISHAY TEPT4400。

放大三极管：VISHAY SI4835DDY-T1-GE3。

反相器：TI CD40106。

信号解调电路：ROHM BA6688L。

驱动集成电路：SANYO BAL6686。

转动电机：60M-R6430C5-E25。

转动轴：长6厘米，直径1厘米。

硅钢片：宝钢 B50A470。

本发明的一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人所用电元器件均为市售产品。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人，其特征在于：包括电磁吸附式机器人（1）和遥控器（2），电磁吸附式机器人（1）与遥控器（2）通信连接，电磁吸附式机器人（1）上安装有故障摄像系统（5）；电磁吸附式机器人（1）包括电磁吸附系统（4）、主电池（6）和下板（10），电磁吸附系统（4）安装在下板（10）下方，主电池（6）安装在下板（10）上方，故障摄像系统（5）安装在主电池（6）上；还包括转动处理电路和硅钢片电路（26），转动处理电路包括电平转换单片机（27）、振荡器（28）和控制单片机（29），电平转换单片机（27）的R1IN端和T1OUT端连接到机器人控制器（3），R1OUT端和T1IN端连接到控制单片机（29）的RXD短和TXD端，振荡器（28）的NC端连接到控制单片机（29）的INT0端，控制单片机（29）的12个PWM信号端口均通过光耦隔离电路连接到12个整形电路，其中，4个整形电路连接到竖向转动轴电路（24）,8个个整形电路连接到上下转动轴电路（25），光耦隔离电路包括依次连接到发光二极管和光敏三极管，整形电路采用反相器，硅钢片电路（26）包括连接机器人控制器的接收机二（45），接收机二（45）的输出端通过降压限流电路连接到二级放大电路，二级放大电路连接到硅钢片吸附盘的硅钢片（46）。

2.根据权利要求1所述的一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人，其特征在于：电磁吸附系统（4）包括布置在下板（10）下方四角处的四根电磁吸附行走腿，每根电磁吸附行走腿包括竖向电动回转关节（16）、连接上段（17）、上电动回转关节（18）、连接中段（19）、下电动回转关节（20）、连接下段（21）和硅钢片吸附盘（22），连接上段（17）通过竖向电动回转关节（16）连接到下板（10）上，连接中段（19）通过上电动回转关节（18）连接到连接上段（17），连接中段（19）通过下电动回转关节（20）连接到连接下段（21），连接下段（21）端部固定连接硅钢片吸附盘（22）。

3.根据权利要求1所述的一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人，其特征在于：还包括与主电池（6）相同大小的副电池（7），副电池（7）与主电池（6）并排对称安装在下板（10）上。

4.根据权利要求1所述的一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人，其特征在于：故障摄像系统（5）包括上板（9）、万向摄像头（23）和无线接收装置（8），万向摄像头（23）和无线接收装置（8）分别安装在上板（9）上端两侧。

5.根据权利要求1所述的一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人，其特征在于：遥控器（2）包括电源键（11）、方向控制键（12）、摄像控制键（13）、故障摄像键（14）和无线发送装置（15），电源键（11）、方向控制键（12）、摄像控制键（13）、故障摄像键（14）和无线发送装置（15）连接到遥控控制器。

6.根据权利要求1所述的一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人，其特征在于：电磁吸附式机器人（1）和故障摄像系统（5）连接到机器人控制器（3）。

7.根据权利要求1所述的一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人，其特征在于：竖向转动轴电路（24）包括接收机一（42），接收机一（42）的左转信号端和右转信号端均通过二级放大电路连接到竖向电动回转关节的转动电机M1。

8.根据权利要求1所述的一种适用于油浸式变压器内壁可电磁吸附并攀爬的机器人，其特征在于：上下转动轴电路（25）包括信号解调电路（43）和驱动集成电路（44），信号解调电路（43）的输出端口连接到驱动集成电路（44）的输入端，驱动集成电路（44）的输出端连接到上电动回转关节或下电动回转关节的转动电机M2。