CN206362901U - 一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，包括：机器人主机、图像采集装置、振动传感器、声音传感器、电流传感器、采集卡、无线通讯模块、路径导航与运动控制模块、语音模块、机械臂。振动传感器、声音传感器、电流传感器与采集卡相连，采集卡与机器人主机相连，图像采集装置、无线通讯模块、路径导航与运动控制模块、语音模块、机械臂与机器人主机相连。本实用新型能够对变电站中断路器的机械特性进行自动智能测试，并监测断路器的状态信息，从而减少变电站工作人员的劳动负荷，提高工作效率和电力企业的经济效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气设备测试技术领域，具体的，涉及一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人。
背景技术
高压断路器运行可靠性对电网的保护与控制至关重要，机械特性参数是评价断路器操动性能的重要指标。国标GB1984-2003规定，在断路器出厂检验和现场检修后都必须对其机械特性进行严格测试。主要参数包括：分(合)闸时间、分(合)闸同期性、开距、超程、刚分(合)速度、平均速度和最大速度等机械特性参数。断路器运行的状态可以反映在机械特性参数的变化上，对于参数智能测试结果进一步处理，即可评价断路器运行状态十分正常。
目前，对高压断路器机械特性参数的测试与状态监测，常采用人工加装传感器、人工定期巡检作业的方法。人工在断路器的一些部位上加装传感器，安装位置存在偏差、工艺水平不统一，会对测试结果造成影响。而且变电站中对断路器机械特性与状态信息的人工测试增加了变电站工作人员的劳动负荷，影响了工作效率和电力企业的经济效益。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，能够对变电站中断路器的机械特性进行自动智能测试，并监测断路器的状态信息。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，其特征在于，包括：机器人主机、图像采集装置、振动传感器、声音传感器、电流传感器、采集卡、无线通讯模块、路径导航与运动控制模块、语音模块、机械臂。振动传感器、声音传感器、电流传感器与采集卡相连，采集卡与机器人主机相连，图像采集装置、无线通讯模块、路径导航与运动控制模块、语音模块、机械臂与机器人主机相连。
所述的机器人主机采用高性能CPU的嵌入式工控机，采用因特尔酷睿i5及以上处理器，主频为2.5GHz及以上。
所述的图像采集装置包括高速相机、GIGEVision接口、电流检测触发模块、模态控制模块。电流检测触发模块、模态控制模块与高速相机相连，高速相机与GIGEVision接口相连，GIGEVision接口与机器人主机相连。高速相机帧率和曝光时间均可自由设置，高速相机特别适用于观察物体的高速运动过程，并且支持ROI设置功能；GIGEVision接口传输速率极快，能够满足高速图像序列的传输要求；电流检测触发模块能够检测到分合闸电流，从而触发高速相机捕捉图像；模态控制模块能够调节控制高速相机的各种参数，使高速相机能够清晰观测图像。图像采集装置与机器人主机相连。
所述的振动传感器为三轴压电式加速度传感器，由底座、质量块、敏感元件和外壳组成。振动传感器与采集卡相连。
所述的声音传感器为高保真子弹型针孔式降噪微音监听器，监听范围最大100平方米，频率范围为20-20kHz。内部设置AGC自动增益控制电路、语音集成电路，并配合动态降噪处理设计。声音传感器与采集卡相连。
所述的电流传感器为0.2级开口式霍尔电流传感器，采用霍尔检零自动磁平衡原理，能在电隔离的条件下稳定、可靠地测量交直流以及各种不规则波形的电流。电流传感器与采集卡相连。
所述的采集卡具有8路同步通道，具备DAQmx通道扩展功能，输入端采用InfinitiBand 4X插座连接器，接线口采用航空插座。采集卡与机器人主机相连。
所述的无线通讯模块工作频率在400～470MHz，接口传输速度在2400bps以上，传输距离最高可到1000m。无线通讯模块与机器人主机相连。
所述的路径导航与运动控制模块采用伺服电机来驱动，根据接收的命令移动到指定位置。路径导航与运动控制模块与机器人主机相连。
所述的语音模块包括麦克风和喇叭，工作人员能够通过麦克风下达语音命令，最后的测试结果能够通过喇叭进行语音播放。语音模块与机器人主机相连。
所述的机械臂具有6自由度，采用舵机来驱动。机械臂与机器人主机相连。
本实用新型的工作原理：机器人首先根据指令按事先规划的路径到达指定测试位置，利用机械臂将振动传感器、声音传感器、电流传感器装在合适的位置，并进行调整及启动测试过程，然后各模块进入测试和状态监测操作流程。利用图像采集装置捕捉断路器分合闸过程，将捕捉到的高速图像序列传输给机器人主机；振动传感器、声音传感器、电流传感器采集断路器分合闸过程中的振动信号、声音信号、电流信号，通过采集卡传输给机器人主机；机器人主机处理收集到的图像信息、振动信息、声音信息、电流信息，计算出断路器机械特性参数，与无线通讯模块进行通讯，并发出指令给路径导航与运动控制模块、语音模块、机械臂；无线通讯模块接收到通讯内容，与变电站工作人员进行信息交互；路径导航与运动控制模块收到指令，做出相应的运动行为；语音模块接收到指令，发出相应的语音通知；机械臂接收到指令，做出相应的“手臂”动作。
附图说明
图1是本实用新型装置示意图；
图2是图像采集装置示意图；
其中，1.机器人主机，2.图像采集装置，3.振动传感器，4.声音传感器，5.电流传感器，6.采集卡，7.无线通讯模块，8.路径导航与运动控制模块，9.语音模块，10.机械臂，11.高速相机，12.GIGEVision接口，13.电流检测触发模块，14.模态控制模块，15.电子显示屏，16.开关按钮，17.InfinitiBand 4X插座连接器；图中虚线为设备连接线，根据实际安装时的位置设置长度，并不仅限于图中长度。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。
一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，根据指令按事先规划的路径到达指定测试位置，通过高速相机及各种传感器采集多种信号传输给机器人主机，机器人主机处理收集到的信号，计算出断路器机械特性参数并以此评价断路器的运行状态，通过无线通讯模块与变电站工作人员进行通讯，并发出指令给路径导航与运动控制模块、语音模块、机械臂，做出相应的行为动作。
如图1所示，本实用新型装置包括：机器人主机1，图像采集装置2，振动传感器3，声音传感器4，电流传感器5，采集卡6，无线通讯模块7，路径导航与运动控制模块8，语音模块9，机械臂10。振动传感器3、声音传感器4、电流传感器5与采集卡6相连，采集卡6与机器人主机1相连，图像采集装置2、无线通讯模块7、路径导航与运动控制模块8、语音模块9、机械臂10与机器人主机1相连。
所述的无线通讯模块7工作频率在400～470MHz，接口传输速度在2400bps以上，传输距离最高可到1000m。无线通讯模块7与机器人主机1相连。变电站工作人员输入启动密码通过无线通讯模块7将测试指令发送给机器人主机1，准备进行断路器机械特性的测试。
所述的路径导航与运动控制模块8采用伺服电机来驱动。路径导航与运动控制模块8与机器人主机1相连。路径导航与运动控制模块8接收到机器人主机1发出的指令，识别设定好的路径轨迹，“行走”到断路器预定观测位置点。
所述的机械臂10具有6自由度，采用舵机来驱动。机械臂10与机器人主机1相连。机械臂10通过设定的手臂动作安放和调整振动传感器3、声音传感器4、电流传感器5。
所述的图像采集装置2包括高速相机11、GIGEVision接口12、电流检测触发模块13、模态控制模块14。电流检测触发模块13和模态控制模块14与高速相机11相连，高速相机11与GIGEVision接口12相连，GIGEVision接口12与机器人主机1相连。模态控制模块14调节高速相机11的帧率、曝光时间、焦距、视角、亮度等相机参数，使之能够清晰观察断路器，本次实例中高速相机11的帧率为5000帧/秒，曝光时间为2微秒。调节好相机参数后，机器人主机1通过无线通讯模块7与变电站工作人员进行再次指令确认，经确认无误后机械臂10按下断路器上的分合闸按钮。当电流检测触发模块13检测到断路器的分合闸电流后，触发高速相机11捕捉断路器操动过程得到高速图像序列，通过GIGEVision接口12将图像序列传输给机器人主机1。
所述的振动传感器3为三轴压电式加速度传感器，由底座、质量块、敏感元件和外壳组成。振动传感器3与采集卡6相连。振动传感器3采集断路器分合闸过程中的振动信息，通过采集卡6，将振动信息传输给机器人主机1。
所述的声音传感器4为高保真子弹型针孔式降噪微音监听器，监听范围最大100平方米，频率范围为20-20kHz。内部设置AGC自动增益控制电路、语音集成电路，并配合动态降噪处理设计。声音传感器4与采集卡6相连。声音传感器4采集断路器分合闸过程中的声音信息，通过采集卡6，将声音信息传输给机器人主机1。
所述的电流传感器5为0.2级开口式霍尔电流传感器，采用霍尔检零自动磁平衡原理，能在电隔离的条件下稳定、可靠地测量交直流以及各种不规则波形的电流。电流传感器5与采集卡6相连。电流传感器5采集断路器分合闸过程中的电流信息，通过采集卡6，将电流信息传输给机器人主机1。
所述的机器人主机1采用高性能CPU的嵌入式工控机，采用因特尔酷睿i5处理器，主频为2.5GHz及以上。机器人主机1处理收集到的图像信息、振动信息、声音信息、电流信息，计算出断路器机械特性参数，再对参数进一步处理从而评价断路器的运行状态。通过无线通讯模块7将测试结果传输给变电站工作人员，并发出指令给路径导航与运动控制模块8、语音模块9、机械臂10。
所述的机械臂10接收到机器人主机1发出的指令，通过设定的手臂动作取下振动传感器3、声音传感器4、电流传感器5，置于机器人本体上原处。
所述的语音模块9包括麦克风和喇叭。语音模块9与机器人主机1相连。语音模块9接收到机器人主机1发出的指令，对测试和状态判断结果进行语音播报。
所述的路径导航与运动控制模块8接收到机器人主机1发出的指令，从设定好的路径原路返回至原始停留位置，本次测试结束。
Claims (10)
1.一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，其特征在于，包括：机器人主机、图像采集装置、振动传感器、声音传感器、电流传感器、采集卡、无线通讯模块、路径导航与运动控制模块、语音模块、机械臂；振动传感器、声音传感器、电流传感器与采集卡相连，采集卡与机器人主机相连，图像采集装置、无线通讯模块、路径导航与运动控制模块、语音模块、机械臂与机器人主机相连。
2.根据权利要求1所述的一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，其特征在于：所述的机器人主机采用高性能CPU的嵌入式工控机，采用因特尔酷睿i5及以上处理器，主频为2.5GHz及以上。
3.根据权利要求1所述的一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，其特征在于：所述的图像采集装置包括高速相机、GIGEVision接口、电流检测触发模块、模态控制模块，所述的高速相机帧率和曝光时间均可自由设置。
4.根据权利要求1所述的一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，其特征在于：所述的振动传感器为三轴压电式加速度传感器，由底座、质量块、敏感元件和外壳组成。
5.根据权利要求1所述的一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，其特征在于：所述的声音传感器为高保真子弹型针孔式降噪微音监听器，监听范围最大100平方米，频率范围为20-20kHz，内部设置AGC自动增益控制电路、语音集成电路。
6.根据权利要求1所述的一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，其特征在于：所述的电流传感器为0.2级开口式霍尔电流传感器，采用霍尔检零自动磁平衡原理。
7.根据权利要求1所述的一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，其特征在于：所述的采集卡具有8路同步通道，输入端采用InfinitiBand4X插座连接器，接线口采用航空插座。
8.根据权利要求1所述的一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，其特征在于：所述的无线通讯模块工作频率在400～470MHz，接口传输速度在2400bps以上，传输距离最大为1000m。
9.根据权利要求1所述的一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，其特征在于：所述的路径导航与运动控制模块采用伺服电机来驱动。
10.根据权利要求1所述的一种断路器机械特性智能测试与状态监测机器人，其特征在于：所述的机械臂具有6自由度，采用舵机来驱动。
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