基于超声测距的变电站水冲洗机器人的制作方法

xiaoxiao2020-6-25  8

基于超声测距的变电站水冲洗机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了基于超声测距的变电站水冲洗机器人,包括车体移动机构,车体移动机构为履带式移动底盘结构,所述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台相连,升降机构的回转平台上还安装有多节多极伸缩臂,多节多极伸缩臂的小臂通过调平油缸与水枪冲洗机构的工作台相连;所述水枪冲洗机构的水枪架上连接有水枪,所述水枪架上固定有跟踪摄像机,跟踪摄像机正下方装有超声测距仪。本实用新型使机器人工作在安全距离,保证冲洗轨迹的起点和终点定位准确,从而提高冲洗的质量和效率。
【专利说明】基于超声测距的变电站水冲洗机器人

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及机器人领域,尤其涉及一种基于激光测距的变电站水冲洗机器 人。

【背景技术】
[0002] 随着工业经济和城市建设的飞速发展,对变电站供电的连续性和质量提出了越来 越高的要求。然而由于输电线路设备长期暴露在大自然中,特别是工业区域,沿海和盐碱地 区域,受工业废气、海水和自然界盐碱、粉尘的影响,通常会在其绝缘子表面形成一定程度 的污秽。这些含有盐、酸、碱性成分的污秽,一般来说可溶于水,污秽溶于水后成为电解质, 具有很强的导电性。受到污染的绝缘子,电导增大,绝缘性能降低,泄漏电流急剧增加,其闪 络电压大大降低,此时就容易发生污垢闪络。尤其是当绝缘子设计泄露比距不够或采用的 绝缘子不能满足污秽要求时,污闪很有可能出现。污闪事故一旦发生,可直接导致用户大面 积、长时间停电,致使供电可靠率下降,从而给工农业生产和居民生活用电带来严重的负面 影响。防止输电线路污闪,防止电网大规模停电事故的发生,确保电网安全稳定运行和电力 可靠供应就显得尤为重要。
[0003]目前,变电站绝缘子水冲洗存在的问题是:
[0004] 1、变电站绝缘子的清扫工作主要采用停电人工清扫或带电水冲洗。采用停电人工 清扫质量低、设备清扫工作处于被动状态,不能得到适时的清扫,这些都会对变电站输电线 路的安全稳定运行造成一定的隐患。
[0005] 2、部分变电站绝缘子的清扫工作依靠机器进行,但是自动化水平低,控制不够精 确,从而导致对变电站绝缘子的清扫不够彻底,不能满足安全要求。
[0006] 基于此实用新型的变电站水冲洗机器人能够实现带电作业,稳定高效水冲洗,有 利于电网的稳定运行。现在,水冲洗机器人的研发如火如荼,而关于水冲洗机器人进行水冲 洗作业时的路径规划问题还不完善。 实用新型内容
[0007] 为解决现有技术存在的不足,本实用新型公开了一种基于超声测距的变电站水冲 洗机器人,该冲洗控制方式用来规划水冲洗机器人对绝缘子进行冲洗的路径,调整喷枪与 绝缘子之间距离,冲洗过程中调节冲洗出水速度形成卡门涡街等。能有效的保证机器人在 冲洗过程中平滑运行,实现误差和加速度可控,并具有良好的冲洗效果。
[0008] 为实现上述目的,本实用新型的具体方案如下:
[0009] -种基于超声测距的变电站水冲洗机器人,包括车体移动机构,车体移动机构为 履带式移动底盘结构,所述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台相连,升降 机构的回转平台上还安装有多节多极伸缩臂,多节多极伸缩臂的小臂通过调平油缸与水枪 冲洗机构的工作台相连;所述水枪冲洗机构的水枪架上连接有水枪,所述水枪架上固定有 跟踪摄像机,跟踪摄像机正下方装有超声测距仪。
[0010] 所述车体移动机构主要由履带底盘、左行走马达、右行走马达、驱动轮、从动轮、承 重轮、履带、张紧缓冲装置以及两侧的四个液压支腿组成,左行走马达和右行走马达通过螺 栓连接在履带底盘支架上,驱动轮通过驱动轴与行走马达联接,从动轮、承重轮与张紧缓冲 装置分别通过旋转轴与履带底盘支架联接,履带套在驱动轮、从动轮、承重轮与张紧缓冲装 置的外侧,底盘左边为柴油箱,右边为液压油箱,液压支腿铰接在履带底盘上。
[0011] 所述升降机构包括回转平台及调平机构,回转平台通过回转支承与车体移动机构 连接,回转平台上铰接有多节多极伸缩臂,回转平台及多节多极伸缩臂的大臂与变幅油缸 铰接连接,多节多极伸缩臂的大臂及连接臂与伸缩油缸铰接连接,调平机构包括调平油缸 I和调平油缸II,调平油缸I安装在回转平台和大臂间,与回转平台、大臂铰接连接,调平 油缸II安装在工作台与小臂之间,与工作台、小臂铰接连接。
[0012] 所述多节多极伸缩臂为三节两极伸缩臂,包括大臂、连接臂及小臂,大臂铰接到回 转平台上,连接臂前、后端均设置有滑块,滑块与连接臂螺栓连接,连接臂通过滑块与大臂、 小臂滑动连接,连接臂的头部安装有链轮,通过链传动实现连接臂与小臂的同步伸缩。
[0013] 所述多节多极伸缩臂的大臂、小臂上通过螺栓连接有变幅链条,大臂前端绕过链 轮与伸缩链条的前端铰接,伸缩链条的末端与小臂末端铰接。
[0014] 所述水枪冲洗机构包括俯仰油缸及摆动油缸,俯仰油缸通过螺栓连接在摆动油缸 上,摆动油缸通过螺栓连接在工作台上,俯仰油缸上铰接有水枪架,水枪架上连接有水枪。
[0015] 所述水枪架上通过螺栓安装有跟踪摄像机,用于实时观察绝缘子水冲洗作业情 况,跟踪摄像机正下方装有超声测距仪,用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。
[0016] 所述回转平台上还连接有液压控制系统的比例控制阀组;此处的比例控制阀组为 上装控制阀组B。
[0017] 所述液压系统包括下部控制阀组A、上装控制阀组B及中央回转接头,共有七个比 例换向阀和四个手动换向阀。
[0018] 所述下部控制阀组A通过分配阀与液压泵连接,由四个手动换向阀控制水冲洗机 器人四个支腿油缸来完成伸缩运动,两个比例换向阀控制左右两个马达,进行机器人行走 运动;
[0019] 所述上装控制阀组B依次经中央回转接头、上装控制切换按钮、分配阀、与液压泵 连接,由一个比例换向阀控制回转马达,完成上装回转平台旋转运动,两个比例换向阀控制 大臂俯仰和小臂伸缩运动,另两个比例换向阀通过水平摆动油缸和垂直摆动油缸实现水枪 的水平运动和俯仰运动。
[0020] 所述中央回转接头是连接回转平台与底盘油路的液压元件,用于使回转平台旋转 任意角度后,液压油路还能正常配油。
[0021] 所述电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统,车载子系统包括工控机,工控 机通过485总线采集各类传感器上传的数据,并对从远程遥控器接收到的指令下发给无线 接收机,无线接收机接收到远程遥控器的数据后在工控机中进行处理然后再下发给无线收 发机,通过对电压值的调节控制比例阀的开合及流量大小,实现对移动底盘左右轮运动、小 臂伸缩、大臂俯仰及回转平台旋转的控制。
[0022] 所述多个传感器包括拉线传感器、角度传感器、倾角传感器、温度传感器、压力传 感器、拉线传感器安装在大臂与小臂之间,大臂和工作台均装有一个角度传感器和一个倾 角传感器,温度传感器和压力传感器安装在液压油箱上。
[0023] 电压传感器与电流传感器拉线传感器用于测量小臂的伸缩长度,角度传感器和倾 角传感器采集大臂和工作台水平和垂直方向的角度数据并传递给工控机,工作台上的角度 传感器与倾角传感器数据通过ZIGBEE无线传送,以实现顶端平台的完全绝缘,温度传感器 和压力传感器采集液压油箱中的油温以及液压油箱中液压油的压力数据,采集到的数据为 模拟量,经过A/D转换成数字信号经过485传递给工控机,电压传感器与电流传感器,采集 电路中的电压值及电流值,检测电路中的电压及电流是否稳定。
[0024] 基于超声测距的变电站水冲洗机器人水冲洗方法,包括:
[0025] 步骤一:根据安装在冲洗平台上的超声波测距仪和监控摄像头采集距离及监控 的图像得到当前机器人与绝缘子之间的相对三维坐标值,判断两者相对距离是否是安全距 离,若是,进行下一步,若不是,调整冲洗平台的位置,直至该相对距离为安全距离;确定路 径规划的起始状态;
[0026] 步骤二:通过控制其控制水冲洗机械臂对绝缘子串的上下方向的自动冲洗;通过 控制喷头实现喷头能够对朝向机器人一侧的绝缘子串进行清洗;
[0027] 步骤三:在进行水冲洗时,通过调节水枪出水口径及出水速度,形成卡门涡街并实 现对绝缘子串振动频率的调节。
[0028] 所述步骤二中,对绝缘子串的上下方向的自动冲洗,具体过程为:
[0029] (2-1)在冲洗过程中,安装在各关节旋转轴上的角位移传感器采集得到起始时刻 及终止时刻操作臂的各关节角度;
[0030] (2-2)对于单个关节的平稳运动,轨迹函数e(t)满足约束条件,根据约束条件对 应的约束方程唯一的确定一个三次多项式;
[0031] (2-3)根据该三次多项式得到运动轨迹的关节速度与加速度,将运动轨迹的关节 速度与加速度代入约束方程得到三次多项式的系数,该系数确定了冲洗时间与冲洗角度的 关系;
[0032] (2-4)根据绝缘杆的长度及三次多项式得到冲洗过程中绝缘杆的长度随时间的 变化关系,对(l,d,0。0f)进行插值,生成水冲洗机械臂对绝缘子串的上下方向的冲洗轨 迹。
[0033] 所述约束条件,其中两个是起始点和终止点对应的关节角度:
[0034] 9 (0)=9〇 ;
[0035] 0 (tf) = 0f;
[0036] 其中,emef为起始点和终止点的关节角度;
[0037] 路径点上的关节速度不为零时,速度约束条件变为:
[0038] 0,(〇) = 0 〇'
[0039] 9,(tf) = 9 f,。
[0040] 由速度约束条件确定三次多项式的四个方程为:

【权利要求】
1. 一种基于超声测距的变电站水冲洗机器人,其特征是,包括车体移动机构,车体移 动机构为履带式移动底盘结构,所述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台相 连,升降机构的回转平台上还安装有多节多极伸缩臂,多节多极伸缩臂的小臂通过调平油 缸与水枪冲洗机构的工作台相连;所述水枪冲洗机构的水枪架上连接有水枪,所述水枪架 上固定有跟踪摄像机,跟踪摄像机正下方装有超声测距仪。
2. 如权利要求1所述的基于超声测距的变电站水冲洗机器人,其特征是,所述车体移 动机构主要由履带底盘、左行走马达、右行走马达、驱动轮、从动轮、承重轮、履带、张紧缓冲 装置以及两侧的四个液压支腿组成,左行走马达和右行走马达通过螺栓连接在履带底盘支 架上,驱动轮通过驱动轴与行走马达联接,从动轮、承重轮与张紧缓冲装置分别通过旋转轴 与履带底盘支架联接,履带套在驱动轮、从动轮、承重轮与张紧缓冲装置的外侧,底盘左边 为柴油箱,右边为液压油箱,液压支腿铰接在履带底盘上。
3. 如权利要求1所述的基于超声测距的变电站水冲洗机器人,其特征是,所述升降机 构包括回转平台及调平机构,回转平台通过回转支承与车体移动机构连接,回转平台上铰 接有多节多极伸缩臂,回转平台及多节多极伸缩臂的大臂与变幅油缸铰接连接,多节多极 伸缩臂的大臂及连接臂与伸缩油缸铰接连接,调平机构包括调平油缸I和调平油缸II,调 平油缸I安装在回转平台和大臂间,与回转平台、大臂铰接连接,调平油缸II安装在工作台 与小臂之间,与工作台、小臂铰接连接。
4. 如权利要求1所述的基于超声测距的变电站水冲洗机器人,其特征是,所述多节多 极伸缩臂为三节两极伸缩臂,包括大臂、连接臂及小臂,大臂铰接到回转平台上,连接臂前、 后端均设置有滑块,滑块与连接臂螺栓连接,连接臂通过滑块与大臂、小臂滑动连接,连接 臂的头部安装有链轮,通过链传动实现连接臂与小臂的同步伸缩。
5. 如权利要求1所述的基于超声测距的变电站水冲洗机器人,其特征是,所述多节多 极伸缩臂的大臂、小臂上通过螺栓连接有变幅链条,大臂前端绕过链轮与伸缩链条的前端 铰接,伸缩链条的末端与小臂末端铰接。
6. 如权利要求1所述的基于超声测距的变电站水冲洗机器人,其特征是,所述水枪冲 洗机构包括俯仰油缸及摆动油缸,俯仰油缸通过螺栓连接在摆动油缸上,摆动油缸通过螺 栓连接在工作台上,俯仰油缸上铰接有水枪架,水枪架上连接有水枪。
7. 如权利要求6所述的基于超声测距的变电站水冲洗机器人,其特征是,所述水枪架 上通过螺栓安装有跟踪摄像机,用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况,跟踪摄像机正下方 装有超声测距仪,用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。
8. 如权利要求4所述的基于超声测距的变电站水冲洗机器人,其特征是,所述回转平 台上还连接有液压控制系统的比例控制阀组;此处的比例控制阀组为上装控制阀组B ; 所述液压系统包括下部控制阀组A、上装控制阀组B及中央回转接头,共有七个比例换 向阀和四个手动换向阀。
9. 如权利要求8所述的基于超声测距的变电站水冲洗机器人,其特征是,所述下部控 制阀组A通过分配阀与液压泵连接,由四个手动换向阀控制水冲洗机器人四个支腿油缸来 完成伸缩运动,两个比例换向阀控制左右两个马达,进行机器人行走运动。
10. 如权利要求8所述的基于超声测距的变电站水冲洗机器人,其特征是,所述上装控 制阀组B依次经中央回转接头、上装控制切换按钮、分配阀、与液压泵连接,由一个比例换 向阀控制回转马达,完成上装回转平台旋转运动,两个比例换向阀控制大臂俯仰和小臂伸 缩运动,另两个比例换向阀通过水平摆动油缸和垂直摆动油缸实现水枪的水平运动和俯仰 运动。
【文档编号】B08B13/00GK204194341SQ201420518912
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】王振利, 鲁守银, 谭林, 苏建军, 慕世友, 任杰, 傅孟潮, 李健, 吕曦晨, 王滨海, 李建祥, 赵金龙, 陈强, 张海龙, 高郎宏 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院, 山东鲁能智能技术有限公司

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