合技術(shù)，構(gòu)建變電站水沖洗機(jī)器人智能控制系統(tǒng)，采用該控制系統(tǒng)可以使變電站巡檢機(jī)器人代替人的完成220kV變電站帶電作業(yè)頻率高的絕緣子水沖洗任務(wù)，一方面可減輕作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面也為作業(yè)人員的安全提供了保證的變電站水沖洗機(jī)器人無線遙控系統(tǒng)。后續(xù)將機(jī)器視覺技術(shù)引入該系統(tǒng)，利用圖像處理、模式識(shí)別等功能，實(shí)現(xiàn)沖洗設(shè)備的自動(dòng)識(shí)別，并利用視覺伺服技術(shù)進(jìn)一步提高系統(tǒng)的智能型和自主性，隨著系統(tǒng)的性能的不斷提高，相信系統(tǒng)將會(huì)有相當(dāng)大的應(yīng)用空間。
[0064]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)，其特征是:包括行走控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)，行走控制系統(tǒng)包括遙控模塊、車載控制器和信息采集模塊，所述遙控模塊與車載控制器之間通過無線方式連接，用于控制水洗機(jī)器人的垂直升降機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)；所述信息采集模塊采集裝設(shè)于水沖洗機(jī)器人上的各個(gè)傳感器測(cè)得的信號(hào)，安全控制系統(tǒng)基于對(duì)絕緣安全造成影響的因素，控制機(jī)器人與絕緣子串之間的距離保持在安全距離之內(nèi)，安全控制系統(tǒng)包括超聲傳感器、激光測(cè)距儀、水電阻率傳感器、水壓傳感器及磁場(chǎng)測(cè)距傳感器，超聲傳感器和磁場(chǎng)測(cè)距傳感器安裝在機(jī)械臂末端的四個(gè)面上，用于檢測(cè)機(jī)械臂末端與帶電設(shè)備間的距離，激光測(cè)距儀與水槍平行安裝，實(shí)時(shí)檢測(cè)水沖洗過程中水柱的長(zhǎng)度，水電阻率傳感器及水壓傳感器安裝在高壓純水制備設(shè)備之上，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)沖洗過程中水的壓力和水的導(dǎo)電性能。
2.如權(quán)利要求1所述的一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)，其特征是:所述車載控制器布置在水沖洗機(jī)器人移動(dòng)底盤之上，電控開關(guān)是車載控制器的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)電控開關(guān)位于中位，此時(shí)電控開關(guān)控制電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)動(dòng)；當(dāng)輸入電壓大于中位電壓時(shí)，控制電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)輸入電壓小于中位電壓時(shí)，控制電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，通過TR1控制器1輸出口與垂直升降機(jī)構(gòu)的電控開關(guān)輸入口連接，通過控制TR1控制器輸出口的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人電氣執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向及運(yùn)動(dòng)速度的控制。
3.如權(quán)利要求1所述的一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)，其特征是:所述遙控模塊包括由工控機(jī)、觸摸屏、遙控手柄和按鍵，在控制系統(tǒng)中，一方面，遙控手柄、觸摸屏和按鍵均與工控機(jī)連接，通過無線WIFI向TR1控制器下發(fā)垂直升降機(jī)構(gòu)的控制命令，實(shí)現(xiàn)機(jī)開環(huán)控制；另一方面，工控機(jī)、TR1控制器、電控開關(guān)及云臺(tái)的角度傳感器又組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)垂直升降機(jī)構(gòu)的二級(jí)機(jī)械臂的閉環(huán)伺服控制。
4.如權(quán)利要求1所述的一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)，其特征是:所述信息采集模塊及車載控制器的角度傳感器采集垂直升降機(jī)構(gòu)的升降高度及云臺(tái)的角度信息，通過串口服務(wù)器將RS485協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TCP協(xié)議數(shù)據(jù)，并通過HUB將數(shù)據(jù)發(fā)送至無線AP模塊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與遙控端工控機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。
5.如權(quán)利要求1所述的一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)，其特征是:所述信息采集模塊布置在水沖洗機(jī)器人水槍云臺(tái)之上，信息采集模塊通過無線CLIENT與主控模塊中的無線AP模塊建立WIFI通訊連接，信息采集模塊通過串口服務(wù)器采集絕對(duì)值角度編碼器獲取的云臺(tái)俯仰、云臺(tái)傾角數(shù)據(jù)，并通過WIFI網(wǎng)絡(luò)上傳至遙控模塊的工控機(jī)中，實(shí)現(xiàn)從而水槍云臺(tái)上傳感器信息的實(shí)時(shí)采集。
6.如權(quán)利要求5所述的一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)，其特征是:所述信息采集模塊通過串口服務(wù)器采集絕對(duì)值角度編碼器獲取的云臺(tái)俯仰及云臺(tái)傾角數(shù)據(jù)，并通過WIFI網(wǎng)絡(luò)上傳至遙控模塊的工控機(jī)中。
7.如權(quán)利要求1所述的一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)，其特征是:所述遙控模塊包括工控機(jī)，工控機(jī)收集信息采集模塊采集的傳感器信息，通過TR1控制器實(shí)現(xiàn)垂直升降機(jī)構(gòu)及車體的控制。
8.如權(quán)利要求1所述的一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)，其特征是:所述無線方式為采用無線AP模塊和無線CLIENT設(shè)備。
9.如權(quán)利要求1所述的一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)，其特征是:所述超聲傳感器、磁場(chǎng)測(cè)距傳感器及激光測(cè)距儀均通過HUB及無線AP模塊將數(shù)據(jù)上傳至工控機(jī)。
10.如權(quán)利要求1所述的一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)，其特征是:所述垂直升降機(jī)構(gòu)與帶電設(shè)備間的距離大于變電站規(guī)定的安全工作距離。
11.如權(quán)利要求1所述的一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)，其特征是:所述激光測(cè)距儀采用紅色激光，其光源光斑為測(cè)量距離1.5m至Sm，測(cè)量時(shí)間為I至5暈秒。
12.—種基于如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的的安全防護(hù)系統(tǒng)的工作方法，其特征是:具體為: 遙控系統(tǒng)控制工控機(jī)，使動(dòng)力總成驅(qū)動(dòng)車體行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，安全控制系統(tǒng)基于對(duì)絕緣安全造成影響的因素，控制機(jī)器人與絕緣子串之間的距離保持在安全距離之內(nèi)，當(dāng)水槍架上的激光測(cè)距儀，檢測(cè)到水槍與需要沖洗的絕緣子的水平距離滿足安全距離后，車載控制器控制垂直升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行豎直方向上的伸縮運(yùn)動(dòng)，以使水槍與絕緣子之間的距離滿足沖洗距離，進(jìn)行沖洗；跟蹤攝像機(jī)實(shí)時(shí)觀察水槍的狀態(tài)，遙控系統(tǒng)控制云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)，使水槍進(jìn)行水平和俯仰運(yùn)動(dòng)，不斷調(diào)整水槍的噴射角度，以使沖洗效果達(dá)到最好；水電阻率及水壓傳感器安裝在高壓純水制備設(shè)備之上，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)沖洗過程中水的壓力和水的導(dǎo)電性能；通過改變水柱的長(zhǎng)度來改變絕緣水柱的絕緣性能。
13.如權(quán)利要求12所述的工作方法，其特征是:所述對(duì)絕緣安全造成影響的因素包括水的電阻率、水柱的長(zhǎng)度和機(jī)械臂與帶電設(shè)備間的距離，其中水電阻率應(yīng)大于500千歐每厘米；水柱長(zhǎng)度應(yīng)不小于2米，機(jī)械臂與帶電設(shè)備間的距離應(yīng)大于變電站規(guī)定的安全工作距離。
14.如權(quán)利要求12所述的工作方法，其特征是:所述水柱的電阻與水柱的橫截面積成反比，與水柱長(zhǎng)度成正比，絕緣水柱的電阻的計(jì)算公式如下: R = rXL/A 其中r為水的電阻率，其含義為截面面積為一平方厘米，長(zhǎng)度為一厘米的水柱的電阻值，L為水柱的長(zhǎng)度，A為水柱的截面面積，R為水柱的電阻值； 在噴槍噴嘴口徑一定的情況下，水柱的截面面積為一常數(shù)，在水的電阻率r變化時(shí)，可以通過改變水沖洗機(jī)器人噴嘴與設(shè)備間的距離，改變絕緣水柱的長(zhǎng)度L，從而實(shí)現(xiàn)水柱絕緣性能的調(diào)節(jié)。
15.如權(quán)利要求12所述的工作方法，其特征是:所述水柱的長(zhǎng)度的自動(dòng)控制算法為一雙閉環(huán)控制算法，內(nèi)環(huán)為作業(yè)距離和壓力環(huán)，外環(huán)為水阻率環(huán)，當(dāng)高純水水阻率發(fā)生變化時(shí)，在線式水阻率傳感器檢測(cè)到該變化，通過事先通過實(shí)驗(yàn)建立好的水阻率與作業(yè)距離、噴水壓力的專家系統(tǒng)得到與之對(duì)應(yīng)的理想作業(yè)距離和噴水壓力信息，由此進(jìn)入內(nèi)環(huán)系統(tǒng)，一方面通過激光測(cè)距儀的實(shí)時(shí)反饋信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)距離的閉環(huán)控制，另一方面通過壓力傳感器返回的壓力信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力裝置的輸出壓力的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)水沖洗機(jī)器人絕緣水柱絕緣性能的自動(dòng)控制。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種變電站帶電水沖洗機(jī)器人用安全防護(hù)系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括行走控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)，行走控制系統(tǒng)包括遙控模塊、車載控制器和信息采集模塊；所述遙控模塊與車載控制器之間及車載控制器和信息采集模塊之間均采用無線設(shè)備，構(gòu)建WIFI網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)三模塊間的數(shù)據(jù)交互；安全控制系統(tǒng)利用云臺(tái)上安裝的超聲傳感器、磁場(chǎng)測(cè)距傳感器、水阻率傳感器及水壓傳感器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)行過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)水阻率、水壓、水柱長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，保證水沖洗過程中機(jī)器人本體及變電站帶電設(shè)備的絕緣性能，有效提高了水沖洗作業(yè)的安全性。
【IPC分類】B08B13-00, B08B3-02
【公開號(hào)】CN104858167
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510209413
【發(fā)明人】李健, 劉洪正, 慕世友, 任杰, 傅孟潮, 韓磊, 魯守銀, 王振利, 譚林, 呂曦晨, 趙金龍, 李建祥, 陳強(qiáng), 張海龍, 高郎宏
【申請(qǐng)人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院, 山東魯能智能技術(shù)有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月28日