變電站帶電水沖洗輔沖機(jī)器人及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種變電站帶電水沖洗輔沖機(jī)器人及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變電站絕緣子長時(shí)間暴露在外界環(huán)境中，表面易沉積污垢，送些污垢受惡劣天氣 侵害容易發(fā)生污閃事故。絕緣子帶電水沖洗作業(yè)可W提高供電的可靠性，減少停電損失，保 證變電站及輸電線路的安全。在現(xiàn)階段的變電站絕緣子沖洗作業(yè)主要存在W下缺點(diǎn)：
[0003] 1、沖洗方式大多是由清洗技術(shù)人員手持沖洗設(shè)備進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行作業(yè)，人工沖洗不 僅依賴于天氣情況，還需要清洗人員具備較高技術(shù)水平及熟練的操作流程，對(duì)絕緣子進(jìn)行 帶電水沖洗時(shí)需要高規(guī)格的安全防護(hù)，W避免短路電流造成的安全事故，引發(fā)人員傷亡，送 類作業(yè)方式存在安全隱患；
[0004] 2、水沖洗機(jī)器人無法保證在上下方向直線段與面向噴頭一側(cè)的圓弧段之間的沖 洗位置和速度連續(xù)，機(jī)器人的執(zhí)行時(shí)間長、不易跟蹤；
[0005] 3、現(xiàn)有水沖洗機(jī)器人無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人與絕緣子的位置變化，不能保證沖洗軌 跡的起點(diǎn)和終點(diǎn)定位準(zhǔn)確，沖洗的質(zhì)量差、效率低；
[0006] 4、現(xiàn)有水沖洗控制方法都針對(duì)于主沖洗機(jī)器人，且控制效果差，無法控制加速度， 誤差大，無法保證機(jī)器人在沖洗過程中平滑運(yùn)行。
[0007] 5、現(xiàn)有的水沖洗機(jī)器人多針對(duì)為了清洗8mW上的絕緣子而設(shè)計(jì)，送種水沖洗機(jī) 器人對(duì)于低于8m的變電站絕緣子的清洗強(qiáng)度不高。
[0008] 因此研發(fā)針對(duì)于8mW下的變電站支柱絕緣子的帶電水沖洗機(jī)器人來配合主沖洗 機(jī)器人進(jìn)行水沖洗作業(yè)是非常有必要的，是符合時(shí)代發(fā)展要求的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種變電站帶電水沖洗輔沖機(jī)器人及方法，該 系統(tǒng)可代替操作人員，與主沖洗機(jī)器人相互配合，在不停電的情況下對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行機(jī) 器人帶電水沖洗作業(yè)，其可有效減輕人工清洗工作的繁重體力勞動(dòng)，保證操作人員的人身 安全，同時(shí)通過對(duì)設(shè)備污穢的清洗，防止設(shè)備污閃事故、保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0011] 一種變電站帶電水沖洗輔沖機(jī)器人，包括外殼、底盤、行走機(jī)構(gòu)、垂直升降機(jī)構(gòu)和 車載控制器，其中，底盤固定于行走機(jī)構(gòu)上，底盤上固定外殼，垂直升降機(jī)構(gòu)固定于底盤上， 垂直升降機(jī)構(gòu)外側(cè)四周圍有護(hù)罩，護(hù)罩內(nèi)安裝有車載控制器，垂直升降機(jī)構(gòu)上固定有絕緣 支柱，絕緣支柱的上端固定有電控箱，電控箱控制安裝在其上的水槍沖洗機(jī)構(gòu)；外殼內(nèi)安裝 有動(dòng)力總成，為行走機(jī)構(gòu)和垂直升降機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力源，車載控制器與遙控系統(tǒng)相配合，遙控 系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程控制方式驅(qū)動(dòng)垂直升降機(jī)構(gòu)、水槍沖洗機(jī)構(gòu)工作。
[0012] 所述行走機(jī)構(gòu)為履帶式移動(dòng)結(jié)構(gòu)，包括履帶底盤、行走馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪、承重 輪、履帶和張緊緩沖裝置，行走馬達(dá)通過螺栓連接在履帶底盤支架上，驅(qū)動(dòng)輪通過驅(qū)動(dòng)軸與 行走馬達(dá)聯(lián)接，從動(dòng)輪、承重輪與張緊緩沖裝置分別通過旋轉(zhuǎn)軸與履帶底盤支架聯(lián)接，履帶 套在驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪、承重輪與張緊緩沖裝置的外側(cè)，底盤左邊為液壓油箱，右邊為柴油箱。
[0013] 所述行走馬達(dá)包括左、右行走馬達(dá)。
[0014] 所述護(hù)罩為風(fēng)琴箱護(hù)罩。
[0015] 所述垂直升降機(jī)構(gòu)，包括兩級(jí)垂直伸縮臂、風(fēng)琴箱護(hù)罩、絕緣支柱及車載控制器， 垂直伸縮臂較接與車體移動(dòng)機(jī)構(gòu)固定板上，絕緣支柱安裝于垂直伸縮臂上端，車載控制器 固定在垂直伸縮臂固定板上，風(fēng)琴箱護(hù)罩將兩級(jí)垂直伸縮臂、絕緣支柱及車載控制器包圍 其中。
[0016] 所述水槍沖洗機(jī)構(gòu)包括云臺(tái)、可調(diào)式水槍支架和水槍；云臺(tái)實(shí)現(xiàn)水槍水平及俯仰 兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)；可調(diào)式水槍支架較接在云臺(tái)上方，可調(diào)式水槍支架上固定有水槍。
[0017] 所述水槍架上通過螺栓安裝有跟蹤攝像機(jī)，用于實(shí)時(shí)觀察絕緣子水沖洗作業(yè)情 況，跟蹤攝像機(jī)正下方裝有激光測(cè)距儀，用于實(shí)時(shí)測(cè)量水槍與水沖洗作業(yè)絕緣子的距離。
[0018] 所述動(dòng)力總成采用柴油機(jī)提供動(dòng)力，包括下部控制閥組A、上裝控制閥組B及中央 回轉(zhuǎn)接頭，共有走個(gè)比例換向閥和四個(gè)手動(dòng)換向閥。
[0019] 所述下部控制閥組A通過分配閥與液壓泉連接，由四個(gè)手動(dòng)換向閥控制水沖洗機(jī) 器人四個(gè)支腿油缸來完成伸縮運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)比例換向閥控制行走馬達(dá)，控制機(jī)器人的行走運(yùn) 動(dòng)；
[0020] 所述上裝控制閥組B依次經(jīng)中央回轉(zhuǎn)接頭、上裝控制切換按鈕、分配閥、與液壓泉 連接，由一個(gè)比例換向閥控制回轉(zhuǎn)馬達(dá)，完成上裝云臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)比例換向閥控制垂直 升降機(jī)構(gòu)的伸縮運(yùn)動(dòng)，另兩個(gè)比例換向閥通過水平擺動(dòng)油缸和垂直擺動(dòng)油缸實(shí)現(xiàn)水槍的水 平運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)。
[0021] 所述車載控制器，包括工控機(jī)，工控機(jī)通過無線接收機(jī)連接遙控系統(tǒng)，遙控系統(tǒng)傳 輸?shù)目刂菩盘?hào)由無線接收機(jī)接收，并傳輸給工控機(jī)，工控機(jī)接收控制信號(hào)后發(fā)送給無線收 發(fā)機(jī)，W實(shí)現(xiàn)對(duì)底盤左右輪運(yùn)動(dòng)、垂直升降機(jī)構(gòu)升降及云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0022] 一種基于上述輔沖機(jī)器人的控制方法，包括W下步驟：
[0023] 步驟一：根據(jù)云臺(tái)上安裝的激光測(cè)距儀和監(jiān)控?cái)z像頭采集距離及監(jiān)控的圖像得到 當(dāng)前機(jī)器人與絕緣子之間的相對(duì)H維坐標(biāo)值，判斷兩者相對(duì)距離是否是安全距離，若是，進(jìn) 行下一步，若不是，調(diào)整云臺(tái)的位置，直至該相對(duì)距離為安全距離；確定路徑規(guī)劃的起始狀 態(tài)；
[0024] 步驟二：采用直線插補(bǔ)方式實(shí)現(xiàn)水沖洗垂直升降機(jī)構(gòu)對(duì)絕緣子串的上下方向的自 動(dòng)沖洗；
[0025] 步驟H;采用逐點(diǎn)比較法的圓弧插補(bǔ)方式實(shí)現(xiàn)水槍能夠?qū)Τ驒C(jī)器人一側(cè)的絕緣 子串進(jìn)行清洗；
[002引步驟四：在進(jìn)行水沖洗時(shí)，通過調(diào)節(jié)水槍出水□徑及出水速度，形成卡口潤街并實(shí) 現(xiàn)對(duì)絕緣子串振動(dòng)頻率的調(diào)節(jié)。
[0027] 所述步驟二中，具體過程為：
[0028] (2-1)在沖洗過程中，安裝在云臺(tái)和垂直升降機(jī)構(gòu)上的角位移傳感器、位移傳感器 采集得到起始時(shí)刻及終止時(shí)刻云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度和垂直升降機(jī)構(gòu)的升降高度；
[0029] (2-2)對(duì)于平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)，軌跡函數(shù)0 (t)至少滿足四個(gè)約束條件，根據(jù)約束條件對(duì)應(yīng) 的約束方程唯一的確定一個(gè)H次多項(xiàng)式；
[0030] (2-3)根據(jù)該H次多項(xiàng)式得到運(yùn)動(dòng)軌跡的速度與加速度，將運(yùn)動(dòng)軌跡的速度與加 速度代入約束方程得到H次多項(xiàng)式的系數(shù)，該系數(shù)確定了沖洗時(shí)間與沖洗角度的關(guān)系；
[0031] (2-4)根據(jù)絕緣桿的長度及H次多項(xiàng)式得到?jīng)_洗過程中絕緣桿的長度隨時(shí)間的 變化關(guān)系，對(duì)（l，d，0。，0f)進(jìn)行插值，生成水沖洗機(jī)械臂對(duì)絕緣子串的上下方向的沖洗軌 跡。
[0032] 所述約束條件，其中兩個(gè)是起始點(diǎn)和終止點(diǎn)對(duì)應(yīng)的云臺(tái)角度：
[0033]0 (0) = 00 ；
[0034] 日（tf)=日f;
[0035] 其中，0。，0f為起始點(diǎn)和終止點(diǎn)的關(guān)節(jié)角度；
[0036] 為了滿足云臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度的連續(xù)性要求，另外還有兩個(gè)約束條件，即起始點(diǎn)與終止 點(diǎn)的關(guān)節(jié)速度要求，并規(guī)定：
[0037] 0 ' （0) = 0 ;
[0038] 0 '（tf) = 0;
[0039] 其中，0'(0)，0'(tf)為起始點(diǎn)和終止點(diǎn)的云臺(tái)旋轉(zhuǎn)角速度。
[0040] 所述四個(gè)邊界的約束條件唯一的確定了一個(gè)H次多項(xiàng)式：
[0041] 0 (t) =aQ+a^t+a^t^+a^it^(1)；
[00化|其中，0 (t)為時(shí)間參變量t時(shí)刻的云臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度，a。，曰1，曰2,曰3為待定系數(shù)。