CN114089133A - 一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具 - Google Patents

Abstract

一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具。提供了一种结构紧凑，动作可靠，保证安全性的水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具。包括从上到下依次设置的上部组件、中部组件和下部组件，所述上部组件用于驱动机器人在绝缘子串上行走；所述中部组件用于对机器人支撑和爬行导向；所述下部组件用于机器人控制、通讯和绝缘阻值检测。本发明提高了绝缘子检测的工作效率，降低人工检测的风险，并能够在人工检测无法实现的场所完成检测任务，及时发现老化或劣化的绝缘子，为变电站的安全运行提供保障。

Description

一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具

技术领域

本发明涉及变电站水平单串耐张绝缘子串检测领域，尤其涉及一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具。

背景技术

随着社会的发展，电力系统也在不断进步。高压、超高压变电站的稳定安全的运行越来越受到重视。在高压、超高压变电站中，绝缘子性能对整个变电站的安全运行有着重要的影响。长时间运行后，由于受到各种环境因素的影响，部分绝缘子出现老化或劣化现象。

目前普遍采用的人工检测方式存在一定的安全风险，而且对于超高压线路的检测适用性还有待进一步的实践验证。因此，积极探索和研究高压、超高压变电站中绝缘子性能的检测技术，设计出方便、快捷、安全的绝缘子检测装置，是保证高压、超高压变电站安全运行的重要举措。

国家知识产权局授权公告的授权公告号为“CN 202522644 U”公开了一种“水平双联绝缘子串带电检测机器人”包括若干导向杆机构、至少一个绝缘子检测装置、至少一套旋转驱动装置、辅助支撑机构及控制装置，导向杆机构连接设置于旋转驱动装置的两侧，控制装置和绝缘子检测装置均固定在导向杆机构上，辅助支撑机构设置在旋转驱动装置的一侧，绝缘子检测装置、旋转驱动装置的驱动电机均与控制装置电连接。然而，在使用过程中，重量较重，只适用于水平双联绝缘子串。

国家知识产权局授权公告的授权公告号为“CN 202486249 U”公开了一种“悬垂瓷质绝缘子串检测机器人”包括夹紧机构、提升机构和检测机构。夹紧机构包括上、下夹紧机构，上、下夹紧机构之间连接有提升机构。检测机构包括设置于上夹紧机构上的探针驱动装置和设置于下夹紧机构上的检测仪触发装置。上、下夹紧机构上设有与绝缘子串伞裙外沿相配合的柔性绝缘手爪。夹紧机构、提升机构和检测机构均通过线路与控制器相连。该机器人充分利用了悬垂瓷质绝缘子串的外形特点设计，夹紧手爪采用橡胶材料对绝缘子磨损小，短接绝缘子少，安全保护性好，可沿悬垂瓷质绝缘子方向移动，带电检测。但只适用于悬垂绝缘子串。

国家知识产权局授权公告的授权公告号为“CN104215844B”公开了一种“一种水平单联绝缘子串检测机器人 ”包括对称布置在水平单联绝缘子上的两个履带机构和对称布置在水平单联绝缘子下的两个环抱机构，两个履带机构彼此连接，两个环抱机构彼此连接。两个履带机构均分别与对应的环抱机构连接。履带机构与环抱机构彼此连接共同构成一个环抱水平单联绝缘子的环形装置，其中一个环抱机构上设有绝缘子带电检测仪。绝缘子正下方的环抱机构上设有降低机器人重心且防止机器人偏转的电池控制箱。综合分析，此专利主要有如下缺点 ：耐张绝缘子串有很多种形式，在防闪污绝缘子串上运行时，由于其行走机构采用两个履带轮的形式，履带轮与绝缘子的接触面积非常的小，产生的摩擦力也比较小，不能提供足够的驱动力。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种结构紧凑，动作可靠，保证安全性的水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具。

本发明的技术方案为：包括从上到下依次设置的上部组件、中部组件和下部组件，

所述上部组件用于驱动机器人在绝缘子串上行走；

所述中部组件用于对机器人支撑和爬行导向；

所述下部组件用于机器人控制、通讯和绝缘阻值检测。

所述上部组件包括支撑架、行走驱动电机和行走驱动机构，

所述支撑架呈倒T形，具有一对平行的倒T形撑板，一对撑板的两端之间设有连板；所述支撑架的顶部设有机械臂连接接口；

所述行走驱动电机设于一撑板的外侧，所述行走驱动机构位于一对撑板之间，所述行走驱动电机用于驱动行走驱动机构。

所述行走驱动机构包括主动齿轮和十字叉臂，所述十字叉臂的中间设有内齿轮，所述主动齿轮与内齿轮啮合。

所述支撑架上位于行走驱动电机的下方设有位置传感器。

所述中部组件包括一对平行的主体框架和一对平行的辅助框架，一对主体框架的顶部连接在一撑板的外侧，一对辅助框架连接在另一撑板的外侧。

所述下部组件包括金属屏蔽盒，所述金属屏蔽盒连接在一对主体框架的底部，所述金属屏蔽盒具有上层和下层，上层用于放置检测探针机构、辅助抱紧机构和检测控制盒，下层用于放置主控控制盒；

所述检测探针机构位于主框架的一侧，所述辅助抱紧机构位于辅助框架的一侧。

所述检测探针机构包括舵机，所述舵机的传动轴上安装有舵机架，所述舵机架上安装U形连接托架，所述连接托架的两侧分别设有检测杆，所述检测杆上设有探针，

所述检测控制盒内设有绝缘子检测仪，所述绝缘子检测仪通过探针进行检测。

所述辅助抱紧机构包括电动推杆、连接轴和一对平行设置的旋转架，所述连接轴连接在一对旋转架之间，所述旋转架的底部活动连接在金属屏蔽盒上层内部，

所述电动推杆一端活动连接金属屏蔽盒上层内部，另一端与连接轴相连，

一对旋转架外侧顶部、一对主框架的内侧以及一对辅助框架的底部分别设有导向雪橇，所述导向雪橇沿绝缘子串的长度方向设置；

所述旋转架位于辅助框架的下方，所述辅助框架、主体框架和旋转架之间形成“C”形，用于抱紧绝缘子串。

所述运动控制系统包括控制板卡，所述控制板卡用于控制行走驱动电机、电动推杆，所述位置传感器连接控制板卡；

所述无线通讯模块用于与机器人控制系统通信；

所述供电系统包括电源，用于供电。

所述绝缘子检测仪通过数字接口电路接收监控终端的检测命令，

所述数字接口电路用于触发舵机，发出开停检测信号；并将绝缘子检测仪读取的检测数据传输给监控终端。

本发明在工作中，包括从上到下依次设置的上部组件、中部组件和下部组件，其中，上部组件用于实现机器人在单联耐张绝缘子串上的行走、机器人在单联耐张绝缘子串上位置的检测及其停靠、机械臂对机器人的快速连接与断开；

中部组件用于实现机器人在绝缘子上的支撑和爬行导向；

下部组件用于实现整个机器人的控制、通讯和绝缘阻值检测。

本发明提高了绝缘子检测的工作效率，降低人工检测的风险，并能够在人工检测无法实现的场所完成检测任务，及时发现老化或劣化的绝缘子，为变电站的安全运行提供保障。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是图1的立体结构示意图，

图3是图1的工作状态图，

图4是上部组件的结构示意图，

图5是中部组件的结构示意图，

图6是下部组件的结构示意图一，

图7是下部组件的结构示意图二，

图8是绝缘子检测控制原理图，

图9是本发明的控制原理图；

图中1是上部组件，11是支撑架，12是行走驱动电机，13是撑板，14是连板，15是十字叉臂，16是位置传感器，17是机械臂连接接口，

2是中部组件，21是柱体框架，22是辅助框架，

3是下部组件，31是金属屏蔽盒，

32是检测探针机构，321是舵机，322是舵机架，323是连接托架，324是检测杆，325是探针，

33是辅助抱紧机构，331是电动推杆，332是连接轴，333是旋转架，334是导向雪橇，

34是检测控制盒，35是主控控制盒，

4是绝缘子串。

具体实施方式

本发明如图1-9所示，包括从上到下依次设置的上部组件1、中部组件2和下部组件3，

所述上部组件1用于驱动机器人在绝缘子串4上行走；

所述中部组件2用于对机器人支撑和爬行导向；

所述下部组件3用于机器人控制、通讯和绝缘阻值检测。

所述上部组件1包括支撑架11、行走驱动电机12和行走驱动机构，

所述支撑架呈倒T形，具有一对平行的倒T形撑板13，一对撑板的两端之间设有连板14；所述支撑架的顶部设有机械臂连接接口17；

所述行走驱动电机设于一撑板的外侧，所述行走驱动机构位于一对撑板之间，所述行走驱动电机用于驱动行走驱动机构。

行走驱动电机提供整个机器人爬行所需的驱动力；再通过齿轮传动，将驱动力传递到十字叉臂，进而推动绝缘子侧壁，实现机器人在绝缘子上的驱动爬行。通过位置传感器控制机器人稳定停靠在检测位置，实施绝缘子的检测，该部分单独进行绝缘和电磁防护。

支撑架顶部安装机械臂连接接口，该位置与检测机器人重心呈垂直上下关系，确保检测机器人工作时状态的稳定，也确保工具在吊装时的稳定性（注：检测机器人的整体中心在绝缘子的中下部）。通过机械臂连接接口实现机器人与机械臂的连接，方便机器人在现场的使用及回收，提高工作人员的安全性，适应单串耐张绝缘子串。

所述行走驱动机构包括主动齿轮和十字叉臂15，所述十字叉臂的中间设有内齿轮，所述主动齿轮与内齿轮啮合。通过齿轮传动（图中主动齿轮和内齿轮未示出），从而驱动十字叉臂动作。

支撑架中心处套有十字叉臂，且十字叉臂可以围绕支撑架中心转动，轴向方向十字叉臂结构受限位。

所述支撑架上位于行走驱动电机的下方设有位置传感器16。

上部组件采用十字叉臂式结构，通过十字叉臂推动绝缘子瓷瓶侧壁，实现机器人在单联耐张绝缘子串上的行走。上部组件的主要功能是实现机器人在单联耐张绝缘子串上的行走、机器人在单联耐张绝缘子串上位置的检测及其停靠、机械臂对机器人的快速连接与断开等功能。

所述中部组件2包括一对平行的主体框架21和一对平行的辅助框架22，一对主体框架的顶部连接在一撑板的外侧，一对辅助框架连接在另一撑板的外侧。

中部组件通过主体框架实现机器人各组成部件的安装、集合。中部组件对机器人起支撑安装作用，同时实现机器人在绝缘子上的支撑、爬行导向等功能。

所述主体框架的长度大于辅助框架的长度；一对主体框架的内侧设有至少一个导向雪橇，如设置两个，一对主体框架的上部导向雪橇与一对辅助框架上的导向雪橇对称设置，一对主体框架的中部设有导向雪橇。

中部组件通过导向雪橇，实现机器人的稳定支撑和爬行过程中的导向，避免出现结构卡入到绝缘子间隙内部无法稳定行走的问题。

所述下部组件3包括金属屏蔽盒31，所述金属屏蔽盒连接在一对主体框架的底部，所述金属屏蔽盒具有上层和下层，上层用于放置检测探针机构32、辅助抱紧机构33和检测控制盒34，下层用于放置主控控制盒35；

所述检测探针机构位于主框架的一侧，所述辅助抱紧机构位于辅助框架的一侧。

下部组件采用壳体结构，对内部控制系统实现电磁屏蔽，保障机器人性能的稳定。下部组件的主要功能是实现整个机器人的控制、通讯和绝缘阻值检测等功能。

绝缘子检测机器人通过主体框架和辅助抱紧机构形成“C”形，悬挂在绝缘子串上。当辅助抱紧机构打开时，整体结构开口尺寸大于绝缘子的直径，方便机器人的悬挂和摘取；当辅助抱紧机构闭合时，整体结构开口尺寸小于绝缘子的直径，避免绝缘子检测机器人在工作中出现跌落的风险。

下部组件在实现其功能情况下同时作为机器人的配重，使得整个机器人的重心处于绝缘子中间靠下位置，实现机器人在绝缘子串上的状态的稳定。

检测控制盒与主控控制盒分别隔离防护，尽最大可能的避免信号的相互干扰。

所述检测探针机构32包括舵机321，所述舵机的传动轴上安装有舵机架322，所述舵机架上安装U形连接托架323，所述连接托架的两侧分别设有检测杆324，所述检测杆上设有探针325，

所述检测控制盒34内设有绝缘子检测仪，所述绝缘子检测仪通过探针进行检测。

舵机通过防护盒安装在金属屏蔽盒上层内部，舵机架由非金属材料制成，舵机架与金属屏蔽盒的配合实现对舵机的信号干扰屏蔽及运动的传输。

检测探针机构通过旋转舵机旋转设定角度实现探针的定位摆动，进而实现探针与绝缘子的接触与避让。当需检测绝缘子时，探针与绝缘子接触。当机器人需爬行时，探针旋转避让。

所述辅助抱紧机构33包括电动推杆331、连接轴332和一对平行设置的旋转架333，所述连接轴连接在一对旋转架之间，所述旋转架的底部活动连接在金属屏蔽盒上层内部，电动推杆在应用中，具有两个，保证动作可靠性。

所述电动推杆一端活动连接金属屏蔽盒上层内部，另一端与连接轴相连，

一对旋转架外侧顶部、一对主框架的内侧以及一对辅助框架的底部分别设有导向雪橇334，所述导向雪橇沿绝缘子串的长度方向设置；

所述旋转架位于辅助框架的下方，所述辅助框架、主体框架和旋转架之间形成“C”形，用于抱紧绝缘子串。

辅助抱紧机构通过电动推杆带动旋转架动作，从而实现打开和闭合功能。在放置和取下绝缘子检测机器人时该旋转架降到最低点，释放出足够的空间。正常运动时，可辅助另外三个雪橇实现绝缘子的抱紧，避免其出现跌落。

机器人除检测探针与绝缘子接触外，只有四个导向雪橇与绝缘子外沿接触。导向雪橇实现机器人在绝缘子上的支撑与爬行导向，避免机器人其他结构与绝缘子片干涉，导致机器人在爬行中的故障。

机器人整体采用框架式结构，尽量减轻机器人整体结构的重量。在满足结构强度的基础上，零部件采用尼龙、纤维等强度较高、密度较小的材料，在实现功能的同时进一步减轻机器人的重量，同时减少高压放电对机器人的影响。

所述主控控制盒35包括运动控制系统、无线通讯模块和供电系统，

所述运动控制系统包括控制板卡，所述控制板卡用于控制行走驱动电机、电动推杆，所述位置传感器连接控制板卡；

所述无线通讯模块用于与机器人控制系统通信；

所述供电系统包括电源，用于供电。

主控控制盒主要功能是实现整个机器人运动的控制、通讯和供电等功能。

机器人采用wifi通信与机器人控制系统进行数据指令交互，与机器人控制系统的通信协议统一采用Modbus协议。机器人控制系统在与末端作业工具建立通信连接后，以机器人控制系统周期性地查询作为通信心跳。通信重连后，末端作业工具应只发送最新的状态报文以及缓存的事件报文。

所述绝缘子检测仪通过数字接口电路接收监控终端的检测命令，

所述数字接口电路用于触发舵机，发出开停检测信号；并将绝缘子检测仪读取的检测数据传输给监控终端。

监控终端通过数字接口电路发送准备检测命令到绝缘子检测仪，触发舵机动作，使得探针与绝缘子片两端的金属件连通，再通过数字接口电路向绝缘子检测仪发送启动检测命令，此时绝缘子检测仪会启动内部检测电路，在内部产生一个高电压脉冲，完成对绝缘子阻值得检测，并及时通知监控终端，检测结束。

本发明在应用中，内部数据传输线采用屏蔽双绞线。双绞线是由一对相互绝缘的金属导线绞合而成，这样不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰，也可以降低多对绞线之间的相互干扰。把两个绝缘的导线互相绞在一起，干扰信号作用在这两根导线上的是一致的，在接收信号的差分电路中可以将共模干扰消除，从而提供有用信号。

所有电路部分均采用金属屏蔽措施，除了结构件的屏蔽之外，在各个连接处采用屏蔽金属贴纸、线缆连接部分采用金属软管屏蔽。

对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：

（1）、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；

（2）、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；

以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具，其特征在于，包括从上到下依次设置的上部组件、中部组件和下部组件，

所述上部组件用于驱动机器人在绝缘子串上行走；

所述中部组件用于对机器人支撑和爬行导向；

所述下部组件用于机器人控制、通讯和绝缘阻值检测。

2.根据权利要求1所述的一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具，其特征在于，

所述上部组件包括支撑架、行走驱动电机和行走驱动机构，

所述支撑架呈倒T形，具有一对平行的倒T形撑板，一对撑板的两端之间设有连板；所述支撑架的顶部设有机械臂连接接口；

所述行走驱动电机设于一撑板的外侧，所述行走驱动机构位于一对撑板之间，所述行走驱动电机用于驱动行走驱动机构。

3.根据权利要求2所述的一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具，其特征在于，所述行走驱动机构包括主动齿轮和十字叉臂，所述十字叉臂的中间设有内齿轮，所述主动齿轮与内齿轮啮合。

4.根据权利要求3所述的一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具，其特征在于，所述支撑架上位于行走驱动电机的下方设有位置传感器。

5.根据权利要求4所述的一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具，其特征在于，

所述中部组件包括一对平行的主体框架和一对平行的辅助框架，一对主体框架的顶部连接在一撑板的外侧，一对辅助框架连接在另一撑板的外侧。

6.根据权利要求5所述的一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具，其特征在于，

所述下部组件包括金属屏蔽盒，所述金属屏蔽盒连接在一对主体框架的底部，所述金属屏蔽盒具有上层和下层，上层用于放置检测探针机构、辅助抱紧机构和检测控制盒，下层用于放置主控控制盒；

所述检测探针机构位于主框架的一侧，所述辅助抱紧机构位于辅助框架的一侧。

7.根据权利要求6所述的一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具，其特征在于，

所述检测探针机构包括舵机，所述舵机的传动轴上安装有舵机架，所述舵机架上安装U形连接托架，所述连接托架的两侧分别设有检测杆，所述检测杆上设有探针；

所述检测控制盒内设有绝缘子检测仪，所述绝缘子检测仪通过探针进行检测。

8.根据权利要求7所述的一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具，其特征在于，

所述辅助抱紧机构包括电动推杆、连接轴和一对平行设置的旋转架，所述连接轴连接在一对旋转架之间，所述旋转架的底部活动连接在金属屏蔽盒上层内部，

所述电动推杆一端活动连接金属屏蔽盒上层内部，另一端与连接轴相连，

一对旋转架外侧顶部、一对主框架的内侧以及一对辅助框架的底部分别设有导向雪橇，所述导向雪橇沿绝缘子串的长度方向设置；

所述旋转架位于辅助框架的下方，所述辅助框架、主体框架和旋转架之间形成“C”形，用于抱紧绝缘子串。

9.根据权利要求8所述的一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具，其特征在于，所述主控控制盒包括运动控制系统、无线通讯模块和供电系统，

所述运动控制系统包括控制板卡，所述控制板卡用于控制行走驱动电机、电动推杆，所述位置传感器连接控制板卡；

所述无线通讯模块用于与机器人控制系统通信；

所述供电系统包括电源，用于供电。

10.根据权利要求9所述的一种水平单联耐张绝缘子串带电检测机器人末端工具，其特征在于，所述绝缘子检测仪通过数字接口电路接收监控终端的检测命令，

所述数字接口电路用于触发舵机，发出开停检测信号；并将绝缘子检测仪读取的检测数据传输给监控终端。

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