CN113777484A - 一种gis缺陷检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种GIS缺陷检测装置及方法，包括用于供电和发送驱动信号的主控箱，包括具有多个可转动关节的支撑骨架，分别设置在支撑骨架两端头的超声检测机构和X射线检测机构，以及在所述支撑骨架两端头下方均设置有的滚轮机构和夹持机构；以及基于上述检测装置实现GIS检测的方法，能够实现现有在役GIS的自动检测，无需人员介入，安全可靠，更重要的是，检测装置通过多关节设置具有极强的越障能力，实现GIS壳体的法兰跨越，实现连续检测，避免GIS突发故障导致大面积停电所带来的巨大经济损失。

Description

一种GIS缺陷检测装置及方法

技术领域

本发明涉及测量、检测技术领域，尤其涉及基于测量电变量检测GIS缺陷的技术领域，具体涉及一种GIS缺陷检测装置及方法。

背景技术

GIS设备自20世纪60年代实用化以来，已广泛运行于世界各地。GIS不仅在高压、超高压领域被广泛应用，而且在特高压领域也被使用。与常规敞开式变电站相比，GIS的优点在于结构紧凑、占地面积小、可靠性高、配置灵活、安装方便、安全性强、环境适应能力强，维护工作量很小，其主要部件的维修间隔不小于20年。

高压配电装置的型式有三种：第一种是空气的常规配电装置，简称AIS。其母线裸露直接与空气接触，断路器可用瓷柱式或罐式。葛洲坝电厂采用的即是这种型式。第二种是混合式配电装置，简称H－GIS。母线采用开敞式，其它均为六氟化硫气体开关装置。第三种是六氟化硫气体全封闭配电装置。其英文全称GAS—INSTULATED SWITCHGEAR，简称GIS。

GIS是运行可靠性高、维护工作量少、检修周期长的高压电气设备，其故障率只有常规设备的20%～40%，但GIS也有其固有的缺点，由于SF6气体的泄漏、外部水分的渗入、导电杂质的存在、子老化等因素影响，都可能导致GIS内部闪络故障。GIS的全密封结构使故障的定位及检修比较困难，检修工作繁杂，事故后平均停电检修时间比常规设备长，其停电范围大，常涉及非故障元件多。

传统的GIS诊断方法用物理和化学的原理和手段，通过伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障例如利用振动、声、光、热、电、磁、射线、化学等多种手段，观测其变化规律和特征，用以直接检测和诊断故障。这种方法形象、快捷、十分有效，但只能检测部分故障。利用机械振动法检测局部放电，是一种不停电的监测技术。其基本原理是一旦有局部放电发生，就会产生振动，在设备外壁安装声震采集装置来检测声音、振动。但是这种方法需采集不同位置需要不停地拆卸固定采集装置，该检测方法获取的数有时还需辅助X射线来进一步判断故障类型。GIS 管网复杂，距地较高，对人员依赖性强，效率低，操作复杂，有一定的局限性。

近年来出现了超声波可视化检测局放、机械振动等故障的新兴技术，检测装置仅需对准被测对象，无需直接接触，即可在显示屏幕上观察到异常噪声点，快速确定故障位置。是一种便捷、高效的检测手段。但是该技术目前仅可显示故障位置，无法判断故障类型。

X射线检测作为一种高效、无损、可视化的检测手段近年来在电网运维检修作业中被广泛应用，但是GIS由于管道直径较大，内部电器元件组成结构复杂，常规射线检测装置操作摆放费时费力，且一次调整固定只满足单一角度拍摄，对准确判别内部是否存在缺陷具有一定的局限性，检测效率低下。

因此，开发一种GIS管外爬行智能检测装置，搭载超声检测及X射线多角度旋转检测功能。可实现GIS设备检测高度自动化、精准、高效。降低人力成本，维护电网安全稳定运行，减少故障引发的停电次数，具有显著的经济效益和社会价值。

发明内容

为了解决GIS故障检测问题，避免因GIS故障导致的大面积停电所带来的巨大经济损失，本申请提供一种GIS缺陷检测装置及检测方法。用于实现对在役GIS工作状态实时检测，及时发现内部故障，避免因GIS故障导致的相关电网断电所带来的不必要经济损失。本发明可实现自动检测，无需人员介入，安全可靠，更重要的是，检测装置通过多关节设置具有极强的越障能力，实现GIS壳体的法兰跨越，实现连续检测。

为了达到上述目的，本申请所采用的技术方案为：

一种GIS缺陷检测装置，包括用于供电和发送驱动信号的主控箱，包括具有多个可转动关节的支撑骨架，分别设置在支撑骨架两端头的超声检测机构和X射线检测机构，以及在所述支撑骨架两端头下方均设置有的滚轮机构和夹持机构；

所述支撑骨架包括骨架主体，以及通过第二转动关节和第三转动关节分别铰接在骨架主体两端的第一安装板和第二安装板；所述骨架主体由第一转动关节铰接的第一弧形架和第二弧形架组成，所述第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节分别通过第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置驱动偏转。

工作原理：

夹持机构将整个检测装置滑动固定在被检测GIS壳体上，通过主控箱驱动所述滚轮机构转动，从而通过滚轮机构与被检测GIS壳体表面之间摩擦推动检测装置行径，当遇到障碍物后，如安装在GIS壳体上的法兰等，在正常行径检测的状态下检测装置由于夹持机构与法兰之间的干涉并不能顺利通过，此时采用多关节设置的支撑骨架可以起到至关重要的越障作用。其结构变化如下：

首先，当遇到障碍物不能正常行径检测后，主控箱向沿行径方向的前端夹持机构发送驱动指令，使其张开，从而检测装置的前端与GIS壳体之间可以正常脱离。其次，依次或者同时向第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置发送驱动信号，使得第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节分别转动实现检测装置靠近障碍物一端向上翘起，从而实现一端避开障碍物，然后再执行恢复初始状态，此时障碍物位于检测装置的中央。最后，由主控箱再次向第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置发送反向驱动信号，使得检测装置沿行径方向的尾部向上翘起，继续行径直到跨越障碍物后，再重新恢复到初始状态，从而实现在GIS壳体行径过程中的障碍物跨越。

值得说明的是，在整个行径和跨越障碍物的过程中，所述超声检测机构和X射线检测机构均处于工作状态，不间断的获取GIS壳体及内部缺陷的图形信息，从而完整的检测整个GIS当前的工作状态。

为了保证检测机构能够在GIS壳体表面稳定行径，避免出现打滑现象，优选地，所述滚轮机构包括用于与被检测GIS壳体接触的滚轮，驱动连接滚轮的第四驱动装置，用于安装所述滚轮的滚轮支架，所述滚轮支架通过多个复位机构与所述第一安装板和/或第二安装板底部可拆卸固定连接。工作原理：所述滚轮机构最关键的结构设置在于复位机构不间断的施加在滚轮支架上的正压力，使得滚轮始终能够贴合在GIS壳体表面并且保持一定的压力，从而有效保证滚轮与GIS壳体表面的摩擦力足以驱动整个检测装置行径。值得说明的是，所述复位机构在检测状态时施加在滚轮上的压力大小可以根据实际项目应用需求由本领域技术人员自由设定，并非是越大越好。需要考虑到，复位机构施加的压力越大，虽然摩擦力越大，不易出现打滑现象，然而为了满足不同直径的GIS加测，复位机构需要满足较大的伸缩行程，从而导致避障时，需要实现端头偏转角度更大，这将降低检测装置在避障时的稳定性，同时对第一驱动装置、第二驱动装置和第三驱动装置的驱动力矩要求越高。因此，复位机构施加的压力只要能够满足检测装置行径即可。

优选地，为了同时兼顾检测装置行径的稳定性和结构的紧凑性，所述复位机构为多根套设有弹簧的伸缩轴组成。

为了满足检测装置在GIS壳体上行径的稳定性，避免掉落；同时又不对检测装置行径带来明显阻力；再者，能够在避障时灵活张开和夹持，优选地，所述夹持机构包括分别成对平行安装在所述第一安装板和第二安装板底部的滑轨，所述滑轨内滑动安装有从动齿条，任一从动齿条均固定连接有用于夹持GIS壳体的夹持臂，两根滑轨之间设置有与两侧从动齿条啮合的第一驱动齿轮，所述第一驱动齿轮与第五驱动装置驱动连接。采用上述结构能够通过第五驱动装置的正转/反转实现夹持臂的快速夹持/张开，结构简单，传动直接，动作高效。

为了兼容行径的顺畅和夹持的稳定性，优选地，所述夹持臂内壁上设置有多个滚珠单元，所述滚珠单元由可拆卸固定连接在夹持臂内壁上的安装管和转动嵌入在安装管上的滚珠组成。滚珠的作用是将滑动摩擦改为滚动摩擦，使得检测装置在行径的过程中阻力更小，但是基于该原理的结构改进，并不损失夹持稳定效果，实现一举两得，均可兼顾。

为了实现全方位检测，优选地，所述X射线检测机构安装在第二安装板上，包括第六驱动装置，与第六驱动装置驱动连接的第二驱动齿轮，以及设置在第二驱动齿轮下方的两个从动支撑齿轮，所述第二驱动齿轮与从动支撑齿轮之间设置有弧形双面齿条，所述弧形双面齿条两端头分别安装有发射器和探测器。采用上述结构的好处在于，能够通过第二驱动装置驱动第二驱动齿轮，从而间接驱动弧形双面齿条偏转，实现对GIS不同径向角度的检测，减小因检测角度局限带来的盲区或者漏检的问题。

为了提升检测装置的智能性和自动化，减小人为接入操作，优选地，所述超声检测机构安装在第一安装板上，包括探头支架和安装在探头支架端头的超声探头；所述第一安装板或第二安装板上还安装有用于探测障碍物的距离传感器和双目摄像头。所述距离传感器和双目摄像头能够自动判别设置在GIS壳体上的障碍法兰，且通过距离传感器的实时测距和双目摄像头的尺寸测量，使得检测装置能够自动计算所述第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节分别需要偏转的角度，具体的计算方法和过程在本申请提供的检测方法部分有详细记载，在此不做详述。

为了兼顾检测装置越障的灵活性和结构的稳定性，优选地，所述第一弧形架和第二弧形架均采用两层结构设计，两层结构之间具有多根用于提升强度的加强筋，所述第一驱动装置驱动连接有贯穿所述第一弧形架和第二弧形架的主转轴，所述第一驱动装置固定安装在第二弧形架上，所述主转轴与所述第一弧形架固定连接。

为了更好的发挥上述检测装置的作用，提升其自动化，智能化实现GIS检测的技术效果，本申请还提供一种GIS缺陷检测方法，基于上述检测装置实现，具体包括如下步骤：

步骤STP100，将检测装置放置于被检测GIS壳体上，开启主控箱，并调节夹持机构，直到夹持机构稳固夹持在被检测GIS壳体上；

步骤STP200，主控箱按照预设程序分别向所述超声检测机构、X射线检测机构、滚轮机构发送工作信号，滚轮机构驱动整个检测装置沿GIS壳体滑动，同时主控箱实时接收来自超声检测机构和X射线检测机构采集的检测图像数据；

步骤STP300，当距离传感器采集到障碍物时，触发避障模式，具体包括STP310-步骤STP330：

步骤STP310，计算检测装置的最低点P距离障碍物沿行径方向的距离D，计算方式如下：

其中，D为P点距离障碍法兰的水平距离；

S为机器人发现障碍物时距离障碍法兰的水平距离；

v为机器人正常匀速行走时的行驶速度；

a为机器人做减速运动时的加速度；

步骤STP320，计算检测装置的最低点P完全避开障碍物需要沿垂直于行径方向移动的距离H，计算方式如下：

H为安全跨越障碍法兰，最低点P需在垂直方向上移动的高度；

R为障碍法兰的半径，通过双目摄像头测量获得；

r为GIS管道半径，通过双目摄像头测量获得；

C为最低点P与滚轮处于自然状态下的垂直距离，为常量；

F为复位机构承受的总压力；

k为弹簧的弹性模量；

i为安全裕度系数；

步骤STP330，根据步骤STP310和步骤STP320分别获得的D和H计算顺利越过障碍所述第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节分别需要转动的最佳角度∆ω₁、∆ω₂、∆ω₃，计算方法如下：

其中，L为第二转动关节和第三转动关节轴心之间的等效长度；

步骤STP400，当检测装置一端避让障碍物之后继续行径，直到一端跨过障碍物后复位，按照步骤STP300驱动检测装置另一端进行避障，继续行径直到完全越过障碍物后恢复初始状态继续检测，直到检测结束。

有益效果：

1、本发明可实现GIS设备检测高度自动化、精准、高效。降低人力成本，维护电网安全稳定运行，减少故障引发的停电次数，具有显著的经济效益和社会价值。

2、本发明通过多关节设置，通过端头依次上扬的动作实现越障，能够同时兼顾检测装置在越障过程中的稳定性，同时也能够大幅增加越障能力，可以轻松跨越明显高凸的外部结构。

3、本发明能够实现全轴向，多径向角度检测，避免检测死角和盲区，最大程度呈现GIS缺陷状态。

4、采用本发明的检测方法一方面能够充分的发挥多关节结构设置的检测装置在GIS缺陷检测过程中的最大越障优势，另一方面能够实现自动化，智能化检测，减少了人工的介入，避免高压辐射会工作人员带来的辐射伤害。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是检测装置结构轴测图。

图2是图1中A区结构放大图。

图3是夹持机构结构轴测图。

图4是图1反向视觉轴测图。

图5是图1的左视图。

图6是图4的俯视图。

图7是图6中B区结构放大图。

图8是图4的主视图。

图9是检测装置处于检测状态示意图。

图10是检测装置处于越障过程中的示意图。

图11是检测装置达到越障状态时的状态示意图。

图中：1-支撑骨架；11-第一驱动装置；12-主转轴；13-第一弧形架；14-第二弧形架；15-加强筋；16-第一安装板；17-第二安装板；18-第二驱动装置；19-第三驱动装置；

2-超声检测机构；21-超声探头；22-探头支架；

3-滚轮机构；31-滚轮；32-第四驱动装置；33-滚轮支架；34-复位机构；

4-夹持机构；41-第五驱动装置；42-夹持臂；43-滑轨；44-滚珠单元；45-距离传感器；46-双目摄像头；47-第一驱动齿轮；48-从动齿条；

5-X射线检测机构；51-探测器；52-弧形双面齿条；53-发射器；54-第六驱动装置；55-第二驱动齿轮。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

结合说明书附图1、图9-图11所示的一种GIS缺陷检测装置，包括用于供电和发送驱动信号的主控箱，包括具有多个可转动关节的支撑骨架1，分别设置在支撑骨架1两端头的超声检测机构2和X射线检测机构5，以及在所述支撑骨架1两端头下方均设置有的滚轮机构3和夹持机构4；

所述支撑骨架1包括骨架主体，以及通过第二转动关节和第三转动关节分别铰接在骨架主体两端的第一安装板16和第二安装板17；所述骨架主体由第一转动关节铰接的第一弧形架13和第二弧形架14组成，所述第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节分别通过第一驱动装置11、第二驱动装置18和第三驱动装置19驱动偏转。

工作原理：

夹持机构4将整个检测装置滑动固定在被检测GIS壳体上，通过主控箱驱动所述滚轮机构3转动，从而通过滚轮机构3与被检测GIS壳体表面之间摩擦推动检测装置行径，当遇到障碍物后，如安装在GIS壳体上的法兰等，在正常行径检测的状态下检测装置由于夹持机构4与法兰之间的干涉并不能顺利通过，此时采用多关节设置的支撑骨架1可以起到至关重要的越障作用。其结构变化如下：

首先，当遇到障碍物不能正常行径检测后，主控箱向沿行径方向的前端夹持机构4发送驱动指令，使其张开，从而检测装置的前端与GIS壳体之间可以正常脱离。其次，依次或者同时向第一驱动装置11、第二驱动装置18和第三驱动装置19发送驱动信号，使得第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节分别转动实现检测装置靠近障碍物一端向上翘起，从而实现一端避开障碍物，然后再执行恢复初始状态，此时障碍物位于检测装置的中央。最后，由主控箱再次向第一驱动装置11、第二驱动装置18和第三驱动装置19发送反向驱动信号，使得检测装置沿行径方向的尾部向上翘起，继续行径直到跨越障碍物后，再重新恢复到初始状态，从而实现在GIS壳体行径过程中的障碍物跨越。

值得说明的是，在整个行径和跨越障碍物的过程中，所述超声检测机构2和X射线检测机构5均处于工作状态，不间断的获取GIS壳体及内部缺陷的图形信息，从而完整的检测整个GIS当前的工作状态。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，针对滚轮机构3进行进一步细化和明确，具体地，为了保证检测装置能够在GIS壳体表面稳定行径，避免出现打滑现象，本实施例中，所述滚轮机构3包括用于与被检测GIS壳体接触的滚轮31，驱动连接滚轮31的第四驱动装置32，用于安装所述滚轮31的滚轮支架33，所述滚轮支架33通过多个复位机构34与所述第一安装板16和/或第二安装板17底部可拆卸固定连接。具体如图2所示结构。工作原理：所述滚轮机构3最关键的结构设置在于复位机构34不间断的施加在滚轮支架33上的正压力，使得滚轮31始终能够贴合在GIS壳体表面并且保持一定的压力，从而有效保证滚轮31与GIS壳体表面的摩擦力足以驱动整个检测装置行径。值得说明的是，所述复位机构34在检测状态时施加在滚轮31上的压力大小可以根据实际项目应用需求由本领域技术人员自由设定，并非是越大越好。需要考虑到，复位机构34施加的压力越大，虽然摩擦力越大，不易出现打滑现象，然而为了满足不同直径的GIS加测，复位机构34需要满足较大的伸缩行程，从而导致避障时，需要实现端头偏转角度更大，这将降低检测装置在避障时的稳定性，同时对第一驱动装置11、第二驱动装置18和第三驱动装置19的驱动力矩要求越高。因此，复位机构34施加的压力只要能够满足检测装置行径即可。为了同时兼顾检测装置行径的稳定性和结构的紧凑性，本实施例中所述复位机构34为多根套设有弹簧的伸缩轴组成。

实施例3：

为了满足检测装置在GIS壳体上行径的稳定性，避免掉落；同时又不对检测装置行径带来明显阻力；再者，能够在避障时灵活张开和夹持，本实施例在上述任一实施例的基础上，进一步结合附图3所示，针对夹持机构4进行进一步细化，具体地：所述夹持机构4包括分别成对平行安装在所述第一安装板16和第二安装板17底部的滑轨43，所述滑轨43内滑动安装有从动齿条48，任一从动齿条48均固定连接有用于夹持GIS壳体的夹持臂42，两根滑轨43之间设置有与两侧从动齿条48啮合的第一驱动齿轮47，所述第一驱动齿轮47与第五驱动装置41驱动连接。采用上述结构能够通过第五驱动装置41的正转/反转实现夹持臂42的快速夹持/张开，结构简单，传动直接，动作高效。为了兼容行径的顺畅和夹持的稳定性，所述夹持臂42内壁上设置有多个滚珠单元44，所述滚珠单元44由可拆卸固定连接在夹持臂42内壁上的安装管和转动嵌入在安装管上的滚珠组成。滚珠的作用是将滑动摩擦改为滚动摩擦，使得检测装置在行径的过程中阻力更小，但是基于该原理的结构改进，并不损失夹持稳定效果，实现一举两得，均可兼顾。

实施例4：

结合说明书附图4-图8所示，为了实现全方位检测，本实施例在实施例3的结构和原理基础上进一步细化明确结构，所述X射线检测机构5安装在第二安装板17上，包括第六驱动装置54，与第六驱动装置54驱动连接的第二驱动齿轮55，以及设置在第二驱动齿轮55下方的两个从动支撑齿轮，所述第二驱动齿轮55与从动支撑齿轮之间设置有弧形双面齿条52，所述弧形双面齿条52两端头分别安装有发射器53和探测器51，详见图4和图6。采用上述结构的好处在于，能够通过第二驱动装置18驱动第二驱动齿轮55，从而间接驱动弧形双面齿条52偏转，实现对GIS不同径向角度的检测，减小因检测角度局限带来的盲区或者漏检的问题。

为了提升检测装置的智能性和自动化，减小人为接入操作，所述超声检测机构2安装在第一安装板16上，包括探头支架22和安装在探头支架22端头的超声探头21；所述第一安装板16或第二安装板17上还安装有用于探测障碍物的距离传感器45和双目摄像头46。所述距离传感器45和双目摄像头46能够自动判别设置在GIS壳体上的障碍法兰，且通过距离传感器45的实时测距和双目摄像头46的尺寸测量，使得检测装置能够自动计算所述第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节分别需要偏转的角度，具体的计算方法和过程在本申请提供的检测方法部分有详细记载，在此不做详述。

为了兼顾检测装置越障的灵活性和结构的稳定性，本实施例中，所述第一弧形架13和第二弧形架14均采用两层结构设计，两层结构之间具有多根用于提升强度的加强筋15，所述第一驱动装置11驱动连接有贯穿所述第一弧形架13和第二弧形架14的主转轴12，所述第一驱动装置11固定安装在第二弧形架14上，所述主转轴12与所述第一弧形架13固定连接。

实施例5：

为了更好的发挥上述检测装置的作用，提升其自动化，智能化实现GIS检测的技术效果，本申请还提供一种GIS缺陷检测方法，采用实施例4中所述检测装置实现，具体包括如下步骤：

步骤STP100，将检测装置放置于被检测GIS壳体上，开启主控箱，并调节夹持机构4，直到夹持机构4稳固夹持在被检测GIS壳体上；

步骤STP200，主控箱按照预设程序分别向所述超声检测机构2、X射线检测机构5、滚轮机构3发送工作信号，滚轮机构3驱动整个检测装置沿GIS壳体滑动，同时主控箱实时接收来自超声检测机构2和X射线检测机构5采集的检测图像数据；

步骤STP300，当距离传感器45采集到障碍物时，触发避障模式，具体包括步骤STP310-步骤STP330：

步骤STP310，计算检测装置的最低点P距离障碍物沿行径方向的距离D，计算方式如下：

其中，D为P点距离障碍法兰的水平距离；

S为机器人发现障碍物时距离障碍法兰的水平距离；

v为机器人正常匀速行走时的行驶速度；

a为机器人做减速运动时的加速度；

步骤STP320，计算检测装置的最低点P完全避开障碍物需要沿垂直于行径方向移动的距离H，计算方式如下：

H为安全跨越障碍法兰，最低点P需在垂直方向上移动的高度；

R为障碍法兰的半径，通过双目摄像头测量获得；

r为GIS管道半径，通过双目摄像头测量获得；

C为最低点P与滚轮处于自然状态下的垂直距离，为常量；

F为复位机构承受的总压力；

k为弹簧的弹性模量；

i为安全裕度系数；

步骤STP330，根据步骤STP310和步骤STP320分别获得的D和H计算顺利越过障碍所述第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节分别需要转动的最佳角度∆ω₁、∆ω₂、∆ω₃，计算方法如下：

其中，L为第二转动关节和第三转动关节轴心之间的等效长度；

步骤STP400，当检测装置一端避让障碍物之后继续行径，直到一端跨过障碍物后复位，按照步骤STP300驱动检测装置另一端进行避障，继续行径直到完全越过障碍物后恢复初始状态继续检测，直到检测结束。

值得说明的是，本实施例中，所述距离传感器45采用市售成品即可，如本实施例采用的为深圳市昂捷电子有限公司生产的型号为GP2Y0A21YK0F的距离传感器，其有效传感距离范围可达10cm-80cm，为系统的调试可提供比较宽泛的范围。所述第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节的偏转角度通过控制主控箱分别向第一驱动装置11、第二驱动装置18和第三驱动装置19发送对应的驱动信号实现驱动，其中，本实施例中所述的第一驱动装置11、第二驱动装置18和第三驱动装置19采用由台达电子工业股份有限公司生产的型号为ECMA-C20604SS伺服电机驱动套装。当然，基于成本和控制精度的要求，在本申请的构思指示下亦可采用其他型号的伺服套装，由于现有的伺服套装型号较多，且控制方式均为现有，在此就不一一赘述，列举。本实施例中，用于测量障碍法兰直径的双目摄像头采用现有的树莓派V2型号双目摄像头，其优点在于集成度高，测量精度高，反应迅速，能够直接使用等优点。通过举例传感器45、双目摄像头46采集障碍物信息后，通过主控机计算获得第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节避开当前障碍物需要偏转的角度∆ω₁、∆ω₂、∆ω₃，并发送对应的驱动信号以实现避障偏转。这种避障结构能够实现大直径障碍物的顺利避障，避免了现有的检测装置需要人工避障或者只能应用于小障碍物避障所带来的检测不连贯的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种GIS缺陷检测装置，包括用于供电和发送驱动信号的主控箱，其特征在于：包括具有多个可转动关节的支撑骨架（1），分别设置在支撑骨架（1）两端头的超声检测机构（2）和X射线检测机构（5），以及在所述支撑骨架（1）两端头下方均设置有的滚轮机构（3）和夹持机构（4）；

所述支撑骨架（1）包括骨架主体，以及通过第二转动关节和第三转动关节分别铰接在骨架主体两端的第一安装板（16）和第二安装板（17）；所述骨架主体由第一转动关节铰接的第一弧形架（13）和第二弧形架（14）组成，所述第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节分别通过第一驱动装置（11）、第二驱动装置（18）和第三驱动装置（19）驱动偏转。

2.根据权利要求1所述的一种GIS缺陷检测装置，其特征在于：所述滚轮机构（3）包括用于与被检测GIS壳体接触的滚轮（31），驱动连接滚轮（31）的第四驱动装置（32），用于安装所述滚轮（31）的滚轮支架（33），所述滚轮支架（33）通过多个复位机构（34）与所述第一安装板（16）和/或第二安装板（17）底部可拆卸固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种GIS缺陷检测装置，其特征在于：所述复位机构（34）为多根套设有弹簧的伸缩轴组成。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种GIS缺陷检测装置，其特征在于：所述夹持机构（4）包括分别成对平行安装在所述第一安装板（16）和第二安装板（17）底部的滑轨（43），所述滑轨（43）内滑动安装有从动齿条（48），任一从动齿条（48）均固定连接有用于夹持GIS壳体的夹持臂（42），两根滑轨（43）之间设置有与两侧从动齿条（48）啮合的第一驱动齿轮（47），所述第一驱动齿轮（47）与第五驱动装置（41）驱动连接。

5.根据权利要求4所述的一种GIS缺陷检测装置，其特征在于：所述夹持臂（42）内壁上设置有多个滚珠单元（44），所述滚珠单元（44）由可拆卸固定连接在夹持臂（42）内壁上的安装管和转动嵌入在安装管上的滚珠组成。

6.根据权利要求5所述的一种GIS缺陷检测装置，其特征在于：所述X射线检测机构（5）安装在第二安装板（17）上，包括第六驱动装置（54），与第六驱动装置（54）驱动连接的第二驱动齿轮（55），以及设置在第二驱动齿轮（55）下方的两个从动支撑齿轮，所述第二驱动齿轮（55）与从动支撑齿轮之间设置有弧形双面齿条（52），所述弧形双面齿条（52）两端头分别安装有发射器（53）和探测器（51）。

7.根据权利要求6所述的一种GIS缺陷检测装置，其特征在于：所述超声检测机构（2）安装在第一安装板（16）上，包括探头支架（22）和安装在探头支架（22）端头的超声探头（21）；所述第一安装板（16）或第二安装板（17）上还安装有用于探测障碍物的距离传感器（45）和双目摄像头（46）。

8.根据权利要求7所述的一种GIS缺陷检测装置，其特征在于：所述第一弧形架（13）和第二弧形架（14）均采用两层结构设计，两层结构之间具有多根用于提升强度的加强筋（15），所述第一驱动装置（11）驱动连接有贯穿所述第一弧形架（13）和第二弧形架（14）的主转轴（12），所述第一驱动装置（11）固定安装在第二弧形架（14）上，所述主转轴（12）与所述第一弧形架（13）固定连接。

9.一种GIS缺陷检测方法，其特征在于：基于权利要求8所述的检测装置实现，具体包括如下步骤：

步骤STP100，将检测装置放置于被检测GIS壳体上，开启主控箱，并调节夹持机构（4），直到夹持机构（4）稳固夹持在被检测GIS壳体上；

步骤STP200，主控箱按照预设程序分别向所述超声检测机构（2）、X射线检测机构（5）、滚轮机构（3）发送工作信号，滚轮机构（3）驱动整个检测装置沿GIS壳体滑动，同时主控箱实时接收来自超声检测机构（2）和X射线检测机构（5）采集的检测图像数据；

步骤STP300，当距离传感器（45）采集到障碍物时，触发避障模式，具体包括步骤STP310-步骤STP330：

步骤STP310，计算检测装置的最低点P距离障碍物沿行径方向的距离D，计算方式如下：

其中，D为P点距离障碍法兰的水平距离；

S为机器人发现障碍物时距离障碍法兰的水平距离；

v为机器人正常匀速行走时的行驶速度；

a为机器人做减速运动时的加速度；

步骤STP320，计算检测装置的最低点P完全避开障碍物需要沿垂直于行径方向移动的距离H，计算方式如下：

H为为安全跨越障碍法兰，最低点P需在垂直方向上移动的高度；

R为障碍法兰的半径，通过双目摄像头测量获得；

r为GIS管道半径，通过双目摄像头测量获得；

C为最低点P与滚轮处于自然状态下的垂直距离，为常量；

F为复位机构承受的总压力；

k为弹簧的弹性模量；

i为安全裕度系数；

步骤STP330，根据步骤STP310和步骤STP320分别获得的D和H计算顺利越过障碍第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节分别需要转动的最佳角度∆ω₁、∆ω₂、∆ω₃，计算方法如下：

其中，L为第二转动关节和第三转动关节轴心之间的等效长度；

步骤STP400，当检测装置一端避让障碍物之后继续行径，直到一端跨过障碍物后复位，按照步骤STP300驱动检测装置另一端进行避障，继续行径直到完全越过障碍物后恢复初始状态继续检测，直到检测结束。

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