本發(fā)明涉及一種輸電線路用機器人，具體涉及一種輸電線路絕緣子帶電檢測與清掃的一體化機器人。

背景技術(shù)：

帶電作業(yè)是電力行業(yè)為提高供電可靠性和電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行水平而開發(fā)的一種特殊作業(yè)方式，目前在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用，在電力生產(chǎn)中起著十分重要的作用。帶電作業(yè)可隨時檢測設(shè)備運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)、消除設(shè)備缺陷和隱患，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

隨著我國對輸電線路帶電作業(yè)的日益重視，推動了輸電線路帶電作業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，帶電檢測手段也越來越多。而在輸電線路帶電檢測中，針對輸電線路絕緣子的檢測最為普遍，用于檢測絕緣子的低值、零值情況。在長期運行中，絕緣子會受到雷擊、污穢、鳥害、冰雪、高溫、溫差等環(huán)境因素的影響，在電氣上要承受強電場、雷電沖擊電流、工頻電弧電流的作用，使得絕緣子故障在輸電線路故障中占比最高，當(dāng)絕緣子串中存在低值或零值絕緣子時，在污穢環(huán)境或過電壓甚至工作電壓下就極易發(fā)生閃絡(luò)事故。當(dāng)雷電過電壓作用于零值絕緣子時，零值絕緣子被完全擊穿，強大的零電流及工頻續(xù)流從零值絕緣子頭部的瓷件縫隙流過，將引起零值絕緣子過熱炸開。由此可見，在輸電線路上對絕緣子的檢測就顯得尤為重要。

之前，在檢測絕緣子時，一般采用的方法有火花叉檢測法、紫外檢測法、電暈脈沖法、電場法、超聲波檢測法等。火花叉檢測高電壓等級的輸電線路絕緣子時，檢測的絕緣子片數(shù)多，離桿塔較遠(yuǎn)，檢測人員工作強度大，并且輸電線路上存在電暈現(xiàn)象，電暈的聲音會影響火花放電聲音，導(dǎo)致檢測人員可能產(chǎn)生誤判。電場法通過檢測絕緣子與正常絕緣子的電場分布情況進(jìn)行比較，用以判斷該絕緣子是否為劣質(zhì)絕緣子，這類方法對軟件依賴性比較強，軟件的好壞對比較結(jié)果影響很大。超聲波檢測法通過對接收到的超聲波進(jìn)行處理可檢測出劣質(zhì)絕緣子，可以準(zhǔn)確的檢測出開裂的絕緣子。對未開裂的絕緣子不起作用，這類方法有很大的局限性。

傳統(tǒng)的安全檢查包括人力檢測，車輛檢測，直升機檢測。而車輛檢測受地面交通的限制，直升機檢測的費用較高，靠人力檢測，采用目測或借助望遠(yuǎn)鏡觀察完成，人力巡線效率低，勞動強度大，且存在巡檢盲區(qū)，還受到地理條件的限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種在檢測輸電線路絕緣子絕緣電阻的同時可自動清掃絕緣子表面的一體化機器人，實現(xiàn)檢測的準(zhǔn)確性及操作的方便性，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供的這種輸電線路絕緣子帶電檢測與清掃的一體化機器人，包括共縱向中心面布置的第一、第二和第三三個機械手臂和支撐固定三個機械手臂的框架體，第二機械手臂位于第一和第三機械手臂之間，其上安裝有清掃刷；第一和第三機械手臂可自主上下運動和左右運動，向上運動抓緊絕緣子鋼帽，松開絕緣子鋼帽后向下運動，左右運動以抓緊不同位置的絕緣子鋼帽及實現(xiàn)整個機器人的左右平動，第二機械手臂可自主上下運動抓緊和松開絕緣子鋼帽，可隨著框架體的左右移動實現(xiàn)其左右位置的改變；第二機械手臂至少和第一機械手臂和第三機械手臂中的一個同時抓緊絕緣子鋼帽形成檢測回路，通過安裝固定于框架體上的控制系統(tǒng)檢測回路上絕緣子的絕緣電阻；第二機械手臂上的清掃刷可旋轉(zhuǎn)以清掃絕緣子表面的污穢。

所述三個機械手臂分別包括一對機械抓手、鉸接座、第一伺服電機及其傳動機構(gòu)和縱向驅(qū)動裝置，機械抓手鉸接于鉸接座的上側(cè)，第一伺服電機固定于鉸接座下側(cè)的中間位置處，其傳動機構(gòu)帶動機械抓手開合，縱向驅(qū)動裝置連接于鉸接座的下側(cè)，帶動整個機械手臂的上下運動；三對機械抓手內(nèi)側(cè)的抓緊絕緣子鋼帽處均安裝有導(dǎo)電檢測銅塊。

所述鉸接座的厚度方向中心面上條形通槽，所述機械抓手的下部插入條形通槽中，對稱鉸接于鉸接座的長度方向兩端。

所述第一伺服電機的輸出軸連接有穿過鉸接座底面伸入條形通槽中的螺桿，螺桿上連接有滑塊，鉸接座兩長度方向內(nèi)壁的中心面處連接有滑軌，滑塊上對應(yīng)滑軌處開設(shè)有導(dǎo)向槽，滑塊通過導(dǎo)向槽可沿滑軌上下移動，滑塊的兩端分別鉸接有連接片，連接片的另一端鉸接于所述機械抓手上，該鉸接點位于機械抓手與鉸接座之間鉸接點的下方；螺桿、滑塊和連接片形成第一伺服電機的所述傳動機構(gòu)；第一伺服電機驅(qū)動螺桿轉(zhuǎn)動，螺桿的轉(zhuǎn)動帶動滑塊沿螺桿和滑軌上下移動，滑塊的上下移動帶動連接片轉(zhuǎn)動，連接片的轉(zhuǎn)動帶動機械抓手繞其與鉸接座的鉸接點轉(zhuǎn)動實現(xiàn)一對機械抓手的開合動作。

所述框架體為長方體形架體，所述第一和第三機械手臂布置于框架體的兩側(cè)，框架體和第一、第三機械手臂之間分別連接有橫向驅(qū)動裝置，通過橫向驅(qū)動裝置實現(xiàn)第一和第三機械手臂的左右運動和框架體的左右移動，從而實現(xiàn)整個機器人的左右移動。

所述縱向驅(qū)動裝置包括第二伺服電機、電機安裝板和縱向傳動絲桿，電機安裝板水平布置，第二伺服電機以輸出軸朝下固定于電機安裝板長度方向中心面處的下側(cè)，縱向傳動絲桿的上端通過連軸器與第二伺服電機的輸出軸連為一體。

所述第一和第三機械手臂的縱向傳動絲桿的下端螺紋連接有與所述對電機安裝板平行布置的導(dǎo)向座，所述電機安裝板的長度方向兩端對稱緊配合連接有縱向?qū)驐U，縱向?qū)驐U的上端固定于所述鉸接座上、下端穿過導(dǎo)向座，縱向?qū)驐U可沿導(dǎo)向座上的相應(yīng)安裝孔上下移動，第二伺服電機驅(qū)動縱向傳動絲桿作旋轉(zhuǎn)運動，縱向傳動絲桿沿導(dǎo)向座的上下運動通過縱向?qū)驐U帶動整個機械手臂的上下運動；導(dǎo)向座為角鋼座，其以角鋼兩邊之間的夾角朝外、一邊水平布置，所述縱向傳動絲桿和縱向?qū)驐U均連接于導(dǎo)向座的水平邊上；所述框架體上有垂直于第二機械手臂的第一固定板，第二機械手臂的縱向傳動絲桿與第一固定板之間螺紋連接，縱向?qū)驐U穿過第一固定板，可沿第一固定板上的安裝孔上下移動。

所述橫向驅(qū)動裝置包括第三伺服電機和橫向傳動絲桿，第三伺服電機以輸出軸沿水平方向布置固定于所述導(dǎo)向座的豎直邊上，橫向傳動絲桿的一端通過聯(lián)軸器與第三伺服電機的輸出軸連為一體；所述框架體上有第二固定板及其兩側(cè)的內(nèi)螺紋套管，橫向傳動絲桿的另一端與第二固定板及內(nèi)螺紋套管之間螺紋連接；所述導(dǎo)向座上第三伺服電機的兩側(cè)關(guān)于橫向傳動絲桿對稱連接有橫向?qū)驐U，橫向?qū)驐U的另一端穿過所述框架體上的第二固定板，橫向?qū)驐U可沿第二固定板上的安裝孔左右移動。

所述第二機械手臂的一個機械抓手的兩側(cè)對稱連接有圓弧形的旋轉(zhuǎn)塊，旋轉(zhuǎn)塊的外側(cè)側(cè)壁設(shè)置有傳動齒，兩個機械抓手上分別設(shè)置有驅(qū)動電機，驅(qū)動電機的輸出軸上連接有傳動齒輪，傳動齒輪與旋轉(zhuǎn)塊側(cè)壁的傳動齒嚙合使一對旋轉(zhuǎn)塊沿兩個機械抓手做圓周運動，所述清掃刷固定于旋轉(zhuǎn)塊上隨著旋轉(zhuǎn)塊做圓周運動清掃相鄰絕緣子內(nèi)表面和外表面的污穢；兩個機械抓手上對應(yīng)旋轉(zhuǎn)塊的周緣設(shè)置有導(dǎo)向輪，以保證旋轉(zhuǎn)塊的穩(wěn)定運動。通過驅(qū)動一對旋轉(zhuǎn)塊繞兩個機械抓手做圓周運動來清掃相鄰絕緣子內(nèi)表面和外表面的污穢，簡化結(jié)構(gòu)的同時還提高了清掃效果。

所述控制系統(tǒng)采用STM32f103zet6處理器，外接24位高精度的AD1210芯片,經(jīng)過雙電壓精密低功耗儀表放大器INA129和通用運算放大器OPA2171放大得到幾mＶ到2.5Ｖ左右可采集的電壓；采用單一輸出電源24 V鋰電池提供中央處理模塊所需的5 V電壓、各電機所需的24 V電壓及檢測回路的2 500 V檢測電壓；2 500 V檢測電壓通過DC-DC升壓電路實現(xiàn)。通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)絕緣子絕緣電阻的帶電檢測，克服了現(xiàn)有技術(shù)只能離線檢測絕緣子絕緣電阻的缺陷。

本發(fā)明通過三個機械手臂的自主上下運動及第一和第三機械手臂的自主左右運動，實現(xiàn)自動檢測和清掃絕緣子及機器人的自動移位以帶電檢測和清掃不同位置的絕緣子。通過第二機械手臂和第一、第三機械手臂之間形成的檢測回路檢測出絕緣子的絕緣電阻來判斷絕緣子的好壞，以便即時更換壞的絕緣子，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。通過第二機械手臂上的清掃刷自動清掃絕緣子表面的污穢，避免絕緣子發(fā)生閃絡(luò)事故。整個檢測、清掃過程自動進(jìn)行，操作工人不用直接接觸高壓帶電體，只需操控控制系統(tǒng)可帶電檢測。不僅減輕了工人的勞動強度，也可以提高了操作安全性。

三個機械手臂的上下運動通過其縱向驅(qū)動裝置實現(xiàn)，第一和第三機械手臂的左右運動、框架體帶著第二機械手臂的左右移動及整個機器人的左右移動通過橫向驅(qū)動裝置實現(xiàn)。為了使縱向驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)簡單且運動穩(wěn)定，將其采用可將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動的結(jié)構(gòu)配置，使伺服電機驅(qū)動縱向傳動絲桿的旋轉(zhuǎn)運動最終轉(zhuǎn)化為整個機械手臂的上下直線運動。同理，為了使第一和第三機械手臂的左右運動、框架體帶著第二機械手臂的左右移動及整個機器人的左右移動運動穩(wěn)定，將橫向驅(qū)動裝置采用與縱向驅(qū)動裝置同類的結(jié)構(gòu)配置，且采用縱向驅(qū)動裝置下端連接的導(dǎo)向座作為橫向驅(qū)動裝置的安裝座，進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)及保證運動的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的工作狀態(tài)示意圖（未畫清掃刷）。

圖2為圖1中第二機械手臂的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2的側(cè)視示意圖。

圖4為圖1中第一和第三機械手臂的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖4的側(cè)視示意圖。

圖6為圖3中的Ⅰ部放大示意圖。

圖7為圖5中滑塊的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為圖5的俯視示意圖。

圖9為圖5中滑軌的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為本實施例的另一個工作狀態(tài)示意圖。

圖11為本實施例控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu)圖。

圖12為控制系統(tǒng)的電源供電模塊圖。

圖13控制系統(tǒng)的軟件架構(gòu)圖。

圖中序號明細(xì)：

1-第二機械手臂 2-第一機械手臂 2a-第三機械手臂 3-框架體 ZD-縱向驅(qū)動裝置 HD-橫向驅(qū)動裝置 ZS-機械抓手 JJZ-鉸接座 F1-第一伺服電機 F2-第二伺服電機 F3-第三伺服電機 LG-螺桿 HG-滑軌 HK-滑塊 LJP-連接片 ZD1-電機安裝板 ZD2-縱向傳動絲桿 ZD3-縱向?qū)驐U DXZ-導(dǎo)向座 HD1-橫向傳動絲桿 HD2-橫向?qū)驐U 31-第一固定板 32-第二固定板 321-內(nèi)螺紋套管 QDDJ-驅(qū)動電機 XZK-旋轉(zhuǎn)塊 CL-齒輪 DXL-導(dǎo)向輪。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例公開了一種輸電線路帶電檢測與清掃絕緣子的一體化機器人，包括共縱向中心面布置的第一機械手臂2、第二機械手臂1和第三機械手臂2a和支撐固定三個機械手臂的框架體3，第二機械手臂1位于第一機械手臂2和第三機械手臂2a之間，其上安裝有清掃刷（圖中未畫出）。

如圖1至圖6所示，三個機械手臂分別包括一對機械抓手ZS及其鉸接座JJZ和驅(qū)動機械抓手ZS開合的第一伺服電機F1，鉸接座JJZ的下端連接有縱向驅(qū)動裝置ZD，縱向驅(qū)動裝置ZD帶動鉸接座JJZ及其連接的機械抓手ZS實現(xiàn)上下運動。

如圖2至圖6所示，鉸接座JJZ的厚度方向中心面上條形通槽，機械抓手ZS的下部插入條形通槽中，對稱鉸接于鉸接座JJZ的長度方向兩端。

第一伺服電機F1固定于鉸接座JJZ底面長度方向的中心面上，其輸出軸連接有穿過鉸接座JJZ底面伸入條形通槽中的螺桿LG，螺桿LG上連接有滑塊HK，鉸接座JJZ的兩長度方向內(nèi)壁的中心面處連接有滑軌HG，滑塊HK上對應(yīng)滑軌HG處開設(shè)有導(dǎo)向槽，滑塊HK通過導(dǎo)向槽可沿滑軌HG上下移動，滑塊HK的兩端分別鉸接有連接片LJP，連接片LJP的另一端鉸接于機械抓手ZS上，該鉸接點位于機械抓手ZS與鉸接座JJZ之間鉸接點的下方?；瑝K與滑軌的配合保證滑塊的穩(wěn)定運動，從而使滑塊帶動連接片轉(zhuǎn)動時，連接片能穩(wěn)定的帶動機械抓手能穩(wěn)定的繞其與鉸接座的鉸接點處轉(zhuǎn)動。

第一伺服電機F1驅(qū)動螺桿LG轉(zhuǎn)動，螺桿LG的轉(zhuǎn)動帶動滑塊HK沿螺桿LG和滑軌HG上下移動，滑塊HK的上下移動帶動連接片LJP轉(zhuǎn)動，連接片LJP的轉(zhuǎn)動帶動機械抓手ZS轉(zhuǎn)動實現(xiàn)一對機械抓手的開合動作?；瑝K和滑軌的結(jié)構(gòu)如圖7至圖9所示。

如圖1所示，框架體3為長方體形架體，第一和第三機械手臂布置于框架體3的兩側(cè)，第二機械手臂1固定于第一和第三機械手臂之間的中心面上。

如圖1至圖6所示，縱向驅(qū)動裝置ZD包括第二伺服電機F2、電機安裝板ZD1和縱向傳動絲桿ZD2，電機安裝板ZD1水平布置，第二伺服電機F2以輸出軸朝下固定于電機安裝板ZD1長度方向中心面處的下側(cè)，縱向傳動絲桿ZD2的上端通過連軸器與第二伺服電機F2的輸出軸連為一體。

如圖1所示，框架體3和第一、第三機械手臂之間還分別連接有橫向驅(qū)動裝置HD，橫向驅(qū)動裝置HD包括第三伺服電機F3和橫向傳動絲桿HD1。第三伺服電機F3以輸出軸沿水平方向布置固定于導(dǎo)向座DXZ的豎直邊上，橫向傳動絲桿HD1的一端通過聯(lián)軸器與第三伺服電機F3的輸出軸連為一體。

如圖1、圖4和圖5所示，第一和第三機械手臂的縱向傳動絲桿ZD2的下端螺紋連接有與電機安裝板ZD1平行布置的導(dǎo)向座DXZ。導(dǎo)向座DXZ為角鋼座，其以角鋼兩邊之間的夾角朝外、一邊水平布置，縱向傳動絲桿ZD2和縱向?qū)驐UZD3均連接于導(dǎo)向座DXZ的水平邊上。電機安裝板ZD1的長度方向兩端對稱緊配合連接有縱向?qū)驐UZD3，縱向?qū)驐UZD3的上端固定于鉸接座JJZ上、下端穿過導(dǎo)向座DXZ，縱向?qū)驐UZD3可沿導(dǎo)向座DXZ上的相應(yīng)安裝孔上下移動。第二伺服電機F2驅(qū)動縱向傳動絲桿ZD2作旋轉(zhuǎn)運動，縱向傳動絲桿ZD2沿導(dǎo)向座DXZ的上下運動通過縱向?qū)驐UZD3帶動機械手臂的上下運動。

如圖1、圖2和圖3所示，第二機械手臂縱向傳動絲桿和縱向?qū)驐U的下端沒有連接導(dǎo)向座，其縱向傳動絲桿與框架體上的第一固定板31螺紋連接，縱向?qū)驐U穿過第一固定板31，可沿第一固定板31上的安裝孔上下移動。

框架體3上有第二固定板32及其兩側(cè)的內(nèi)螺紋套管321，橫向傳動絲桿HD1的另一端與第二固定板32及內(nèi)螺紋套管321之間螺紋連接；導(dǎo)向座DXZ上第三伺服電機F3的兩側(cè)關(guān)于橫向傳動絲桿HD1對稱連接有橫向?qū)驐UHD2，橫向?qū)驐UHD2的另一端穿過框架體上的第二固定板32，橫向?qū)驐UHD2可沿第二固定板32上的安裝孔左右移動。將導(dǎo)向座DXZ作為橫向驅(qū)動裝置HD的安裝座，簡化結(jié)構(gòu)的同時提高橫向驅(qū)動裝置運動的穩(wěn)定性。通過橫向驅(qū)動裝置HD實現(xiàn)第一和第三機械手臂的左右運動和框架體的左右移動，從而實現(xiàn)整個機器人的左右移動。注意第三機械手臂連接的橫向傳動絲桿的長度需保證框架體向右移動時，其橫向傳動絲桿與內(nèi)螺紋套管之間保持連接，以使第三機械手臂能順利前移。

三個機械手臂的一對機械抓手抓緊絕緣子的鋼帽處均安裝有導(dǎo)電檢測銅塊，第二機械手臂一個機械抓手的兩側(cè)對稱連接有圓弧形的旋轉(zhuǎn)塊XZK，旋轉(zhuǎn)塊的外側(cè)側(cè)壁設(shè)置有傳動齒，每個機械抓手上分別設(shè)置有兩個驅(qū)動電機QDDJ，驅(qū)動電機的輸出軸上連接有傳動齒輪CL，傳動齒輪CL與旋轉(zhuǎn)塊XZK側(cè)壁的傳動齒嚙合使旋轉(zhuǎn)塊沿兩個機械抓手做圓周運動，清掃刷（圖中未畫出）固定于旋轉(zhuǎn)塊上隨著旋轉(zhuǎn)塊做圓周運動清掃絕緣子表面。為了保證旋轉(zhuǎn)塊的穩(wěn)定運動，在機械抓手上對應(yīng)旋轉(zhuǎn)塊的周緣設(shè)置若干導(dǎo)向輪DXL。

如圖1所示，第二機械手臂和第三機械手臂之間形成檢測回路，通過控制系統(tǒng)來檢測絕緣子Ⅱ的絕緣電阻。當(dāng)絕緣子Ⅱ的絕緣電阻檢測完成后，通過第一和第三機械手臂的橫向驅(qū)動裝置使框架體帶著第二機械手臂向左移動使其上的清掃刷可清掃絕緣子Ⅱ的內(nèi)表面，然后使框架體帶著第二機械手臂向右移動清掃絕緣子Ⅲ的外表面。清掃完成后控制第二機械手臂松開絕緣子鋼帽后向下運動，然后使框架體帶著第二機械手臂向右移動至下一個絕緣子鋼帽處，控制第二機械手臂向上運動抓緊該絕緣子鋼帽，再使第三機械手臂松開絕緣子鋼帽后向下運動，然后向前運動至前一個絕緣子鋼帽處，再向上抓緊該絕緣子鋼帽，如圖11所示，此時形成兩個回路可分別檢測絕緣子Ⅲ和Ⅳ的絕緣電阻。其它絕緣子的檢測依此類推。

本機器人的所有動作及檢測數(shù)據(jù)分析均通過控制系統(tǒng)控制實現(xiàn)。如圖11至圖13所示，控制系統(tǒng)采用處理器為STM32f103zet6，外接24位高精度的AD1210芯片,經(jīng)過雙電壓精密低功耗儀表放大器INA129和通用運算放大器OPA2171放大得到幾mＶ到2.5Ｖ左右可采集的電壓。在相應(yīng)管腳串聯(lián)濾波電容達(dá)到濾波的目的。為了確保后端采集電路的安全，在運算放大器OPA2171加有保護(hù)電路。本設(shè)計選用24 V鋰電池作為單一輸出電源，提中央處理模塊所需的5 V電壓，電機所需的24 V電壓和2 500 V檢測電壓以及攝像頭所需的12 V電壓等。在控制系統(tǒng)中控制器以及通信模塊等通常需要很小的穩(wěn)定直流電壓，故本系統(tǒng)設(shè)計穩(wěn)壓電路實現(xiàn)電源對控制系統(tǒng)的穩(wěn)壓輸出。檢測絕緣子所需的檢測電壓較高，故在設(shè)計中加入DC-DC升壓電路實現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換，達(dá)到檢測所需的2 500 V直流檢測電壓樣電壓，配置PWM直流電機驅(qū)動模塊，控制各個電機的速度與運行方式。通信模塊包括測控系統(tǒng)與地面遙控器之間的無線通信以及采集數(shù)據(jù)的GSM傳輸。測控系統(tǒng)與地面遙控器之間使用無線傳輸方式，由于輸電線路存在電暈現(xiàn)象，可能對無線電波產(chǎn)生干擾，因此控制器選用載波頻率處于可調(diào) ISM 頻段的低功耗RF收發(fā)一體芯片CC1010，經(jīng)實際測量其發(fā)射、接收距離可以達(dá)到150 m。芯片內(nèi)部集成了一個8051內(nèi)核，不需要再額外增加控制芯片，使得其易于操作和控制。本申請采用SIM800作為絕緣子絕緣電阻數(shù)值的傳輸模塊，將采集到的數(shù)據(jù)以短信的形式發(fā)送至地面移動設(shè)備中，工作人員通過得到的數(shù)據(jù)判斷此絕緣子的優(yōu)劣狀態(tài)。