绝缘子串智能检测机器人及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种绝缘子串智能检测机器人及其控制方法，包括机械结构、电气控制系统和检测系统，所述电气控制系统和检测系统都安装在机械结构上，所述电气控制系统和检测系统相互连接，所述机械结构上还设有两个电机，所述机械结构包括两个电机轴和两个支撑座，所述支撑座包括通过支撑架固定的两个支撑板，电机轴a的两端分别安装在两个支撑座两端，电机轴b的两端分别安装在两个支撑座的另外两端。本发明采双轴差速控制，每轴采用经典pid速度闭环控制策略，使得机器人在两臂接触绝缘子片时的夹角始终小于90°，使智能绝缘子检测机器人对运行环境适应增强，避免机器人运行时候出现卡住或者脱落故障发生，增强绝缘串检测机器人对运行环境的适应性。
【专利说明】绝缘子串智能检测机器人及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人运动控制【技术领域】，尤其涉及一种绝缘子串智能检测机器人及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着我国电力系统的不断发展，电网安全、稳定运行越来越受到重视。尤其在近年来大力发展的超高压、特高压输电系统中，绝缘子的安全运行直接决定了整个系统的投资及安全水平，为保证高压输电线路的电气安全，在高压输电线路运行使用一段时间后，需要检测线路的电气性能，特别是绝缘子的绝缘安全性能，防止短路或断路等现象的发生。
[0003]传统的瓷质绝缘子串检测方式为人工登塔高空作业，随着电压等级提高，绝缘子串长度不断增加，人工检测作业的难度越来越大，因此研制出可以沿瓷质绝缘子串自动行走的绝缘子带电检测机器人，成为目前绝缘超高压输电线路绝缘子性能带电检测的有效途径。
[0004]现有技术中，绝缘子串智能检测机器人的安装如图4所示，a轴初始位置检测传感器安装位置与b轴初始位置检测传感器安装位置在空间坐标系中夹角成90°，b启动低速转动位置传感器安装位置和b启动高速转动位置传感器安装位置成平行状态均与X轴成锐角α角。
[0005]现有技术中，绝缘子串智能检测机器人的控制方法，
[0006]步骤一:所述电气控制系统向电机发出驱动信号，控制电机轴a和电机轴b转动到使得两电机轴所带的攀爬臂成90°角夹角初始状态，如图5所示；
[0007]步骤二:所述电气控制系统采用pid控制算法输出电机轴a所属电机的控制信号，控制电机带动电机轴a以角速度V匀速旋转，同样电气控制系统采用Pid控制算法以与电机轴a相同的角速度V控制电机轴b旋转，这样控制电机轴a上的攀爬臂与电机轴b上的攀爬臂成90°直角交替运行，这样同样会使机器人出现运行事故。因此单纯的使电机轴a与电机轴b的转动初始夹角不能改变绝缘子检测机器人的对环境的适应性。
[0008]现有的悬垂绝缘子检测机器人在使用中存在很大风险，考虑不够充分，例如在检测过程中，由于施工误差或者绝缘片自身误差使得每组绝缘子串片与片之间的间距在一定的范围内是变化的，双轴攀爬臂夹角一般成90°，这个角度是绝缘子检测机器人理想运行状态中的夹角，但根据实验证明由于绝缘子片间有误差，再者由于没有很好控制算法保证机器人稳定适应性较强的运行，使得绝缘子检测机器人可能发生卡在绝缘子串上不能运行，最为严重的是脱离绝缘子串坠落到线路上引起电力事故。
【发明内容】
[0009]本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种绝缘子串智能检测机器人及其控制方法，采双轴差速控制，每轴采用经典Pid速度闭环控制策略，使得机器人在两臂接触绝缘子片时的夹角始终小于90°，使智能绝缘子检测机器人对运行环境适应增强，避免机器人运行时候出现卡住或者脱落故障发生，具有增强绝缘串检测机器人对运行环境的适应性优点。
[0010]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0011]一种绝缘子串智能检测机器人，包括机械结构、电气控制系统和检测系统，所述电气控制系统和检测系统都安装在机械结构上，所述电气控制系统和检测系统相互连接，所述机械结构上还设有两个电机，所述机械结构包括两个电机轴和两个支撑座，所述支撑座包括通过支撑架固定的两个支撑板，电机轴a的两端分别安装在两个支撑座两端，电机轴b的两端分别安装在两个支撑座的另外两端，所述检测系统检测电机轴所带的攀爬臂的倾斜角度。
[0012]所述检测系统包括a轴初始位置检测传感器、b轴初始位置检测传感器、b启动高速转动位置传感器、b启动低速转动位置传感器，a轴初始位置检测传感器与b启动高速转动位置传感器安装于第一限位座上，b轴初始位置检测传感器与电机轴b启动低速转动位置传感器安装在第二限位座上，检测系统一旦检测到相应的定位台，就将检测到位置信息传给电气控制系统进行分析处理实现智能变速控制。
[0013]所述电气控制系统向两个电机发出驱动信号，两个电机分别控制相应的电机轴a和电机轴b的转动。
[0014]所述第一限位座安装在电机轴a的一端，所述第二限位座安装在电机轴b的一端，所述电机轴a和电机轴b的两端都设有攀爬机构，所述每个电机轴上的攀爬机构的外侧还设有传动机构。
[0015]所述攀爬机构包括支臂架、攀爬臂和滚轮，所述支臂架固定在电机轴上，所述支臂架两端分别连接攀爬臂，所述每个攀爬臂的端部连接滚轮；
[0016]所述传动机构包括大齿轮和小齿轮,大齿轮固定在电机轴上,小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮与电机连接。
[0017]所述每个支撑座内侧都设有电机，所述电机固定在电机座上，所述电机座固定在支撑座上；所述限位座与支臂架之间安装有定位台；
[0018]所述电机轴通过轴承固定在支撑座上，所述轴承外部设有轴承端盖，所述轴承端盖外部设有轴端盖；
[0019]所述a轴初始位置检测传感器安装位置与b轴初始位置检测传感器安装位置在空间坐标系中夹角成90°，b启动低速转动位置传感器的安装位置和b启动高速转动位置传感器的安装位置成平行状态均与X轴成锐角α角。
[0020]所述的一种绝缘子串智能检测机器人所采用的控制方法，主要包括以下步骤:
[0021]步骤(I):所述电气控制系统向电机发出驱动信号，控制电机轴a和电机轴b转动到使得两电机轴所带的攀爬臂成90°角夹角初始状态；
[0022]步骤(2):在初始状态上由所述电气控制系统控制电机轴b转动，使得电机轴b附带的攀爬臂与电机轴a附带的攀爬臂夹角小于90°即为夹角为(90-α) ° ;
[0023]步骤(3):
[0024]所述电气控制系统采用Pid控制算法输出电机轴a所属电机的控制信号，控制电机带动电机轴a以角速度V勻速旋转，
[0025]所述电气控制系统采用Pid控制算法输出电机轴b所属电机的控制信号，控制电机带动电机轴b转动，通过电机轴b的旋转角速度的改变，将原来同样以电机轴a角速度V匀速转动旋转区域划分为快慢两个角速度转速旋转的区域，进而实现机器人电机轴a的攀爬臂与电机轴b的攀爬臂接触绝缘子时的夹角始终保持是(90-α ) ° ;电机轴b慢角速度区的运行角度为(90-α ) ° ;电机轴b快角速度区的运行角度为(90+α ) ° ;
[0026]步骤(4):
[0027]经过快慢两次速度调整完成一次快慢交替，完成一个周期变化控制，这个运动周期内始终保证智能绝缘子检测机器人使用安全稳定的运行在绝缘子串上，缘子智能机器人的运行适应性能，针对不同的等级的绝缘串通过调整角度α增强运行适应性能和运行的流畅。
[0028]所述步骤(4)分为以下具体步骤:
[0029]步骤(4-1):当电气控制系统接收到b启动低速转动位置传感器的启动电机轴b的有效信息时，电气控制系统通过pid控制算法，使得电机轴b转动角度始终是慢角速度vl匀速转动；
[0030]步骤(4-2):当电气控制系统接收到b启动高速转动位置传感器启动电机轴b的有效信息时，电气控制系统通过Pid控制算法，使得电机轴b转动角度始终是快角速度v2匀速转动。
[0031]所述步骤(4)中慢角速度Vl的计算方法是:
[0032]由于电机轴a与电机轴b共同旋转，电机轴b转过慢角速度区角度时所用的时间是电机轴a以角速度V转过角度(90+α) °所用时间
[0033]tl= (90+α ) /y ；
[0034]根据电机轴b转过慢角速度区需时间tl计算出电机轴b慢角速度为
[0035]vl= (90-α )/ (90+α ) *v。
[0036]所述步骤(4)中快角速度v2的计算方法是:
[0037]电机轴b转过快角度区时所需时间是电机轴a以角速度V转过角度(90-α ) °所用时间
[0038]t2= (90-α ) /y ；
[0039]根据电机轴b转过快角速度区需时间t2计算出电机轴b快角速度为
[0040]ν2= (90+α) / (90_α)*ν。
[0041]本发明的有益效果:本发明采双轴差速控制，每轴采用经典Pid速度闭环控制策略，使得机器人在两臂接触绝缘子片时的夹角始终小于90°，使智能绝缘子检测机器人对运行环境适应增强，避免机器人运行时候出现卡住或者脱落故障发生，具有增强绝缘串检测机器人对运行环境的适应性优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]图1为绝缘子串智能检测机器人攀爬装置的结构示意图；
[0043]图2a轴初始位置检测感器分布平面示意图；
[0044]图3b轴初始位置检测感器分布平面示意图；
[0045]图4传感器空间相对角度示意图；
[0046]图5绝缘子串智能检测机器人攀爬初始化状态图；[0047]图6绝缘子串智能检测机器人攀爬臂启动状态图；
[0048]图7电气系统控制框图；
[0049]其中，1.电机轴a，2.滚轮，3.支撑座，4.轴承端盖，5.轴端盖，6.支撑架，7.电机，8.b轴初始位置检测传感器，9.限位座，10.支臂架，11.轴承，12.定位台，13.小齿轮，14.电机座，15.攀爬臂，16.b启动高速转动位置传感器，17.b启动低速转动位置传感器，
18.大齿轮，19.a轴初始位置检测传感器，20.电机轴b，21.电气控制系统。
【具体实施方式】
[0050]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0051]本发明的实施例如图1，一种绝缘子串智能检测机器人，包括机械结构、电气控制系统和检测系统，所述电气控制系统和检测系统都安装在机械结构上，所述电气控制系统和检测系统相互连接，所述机械结构上还设有两个电机7，所述机械结构包括两个电机轴和两个支撑座3，所述支撑座3包括通过支撑架6固定的两个支撑板，电机轴a的两端分别安装在两个支撑座3两端，电机轴b的两端分别安装在两个支撑座3的另外两端。
[0052]所述检测系统包括a轴初始位置检测传感器19、b轴初始位置检测传感器8、b启动高速转动位置传感器16、b启动低速转动位置传感器17，a轴初始位置检测传感器19与b启动高速转动位置传感器16安装于第一限位座上，b轴初始位置检测传感器8与b启动低速转动位置传感器17安装在第二限位座上，检测系统一旦检测到相应的定位台12，就将检测到位置信息传给电气控制系统21进行分析处理实现智能变速控制。
[0053]所述电气控制系统21向两个电机7发出驱动信号,两个电机7分别控制相应的电机轴al和电机轴b20的转动。
[0054]所述第一限位座安装在电机轴al的一端,所述第二限位座安装在电机轴b20的一端，所述电机轴al和电机轴b20的两端都设有攀爬机构，所述每个电机轴上的攀爬机构的外侧还设有传动机构。
[0055]所述攀爬机构包括支臂架10、攀爬臂15和滚轮2，所述支臂架10固定在电机轴上，所述支臂架10两端分别连接攀爬臂15，所述每个攀爬臂15的端部连接滚轮2。
[0056]所述传动机构包括大齿轮18和小齿轮13，大齿轮18固定在电机轴上，小齿轮13与大齿轮18啮合，小齿轮13与电机7连接。
[0057]所述每个支撑座3内侧都设有电机7，所述电机7固定在电机座14上，所述电机座14固定在支撑座3上。
[0058]所述限位座9与支臂架10之间安装有定位台12。
[0059]所述电机轴通过轴承11固定在支撑座3上，所述轴承11外部设有轴承端盖4，所述轴承端盖4外部设有轴端盖5。
[0060]如图2所示，a轴初始位置检测感器在空间坐标系中位于Y轴上。
[0061]如图3所示，b轴初始位置检测感器在空间坐标系中位于X轴上。
[0062]所述a轴初始位置检测传感器19安装位置与b轴初始位置检测传感器8安装位置在空间坐标系中夹角成90°，如图4所示，b启动低速转动位置传感器17的安装位置和b启动高速转动位置传感器16的安装位置成平行状态均与X轴成锐角α角，如图4所示。
[0063]绝缘子串智能检测机器人的控制方法，主要包括以下步骤:[0064]步骤(I):所述电气控制系统21向电机7发出驱动信号，控制电机轴al和电机轴b20转动到使得两电机轴所带的攀爬臂15成90°角夹角初始状态，如图5所示；
[0065]步骤(2):在初始状态上由所述电气控制系统21控制电机轴b20转动，使得电机轴b20附带的攀爬臂15与电机轴al附带的攀爬臂15夹角小于90°即为夹角为(90-α )°，如图6所示；
[0066]步骤(3):
[0067]所述电气控制系统21采用pid控制算法输出电机轴al所属电机7的控制信号，控制电机带动电机轴a I以角速度V勻速旋转，
[0068]所述电气控制系统21采用pid控制算法输出电机轴b20所属电机7的控制信号，控制电机带动电机轴b20转动，通过电机轴b20的旋转角速度的改变，将原来同样以电机轴al角速度V匀速转动旋转区域划分为快慢两个角速度转速旋转的区域,进而实现机器人电机轴al的攀爬臂15与电机轴b20的攀爬臂15接触绝缘子时的夹角始终保持是(90-α ) ° ;
[0069]电机轴b20慢角速度区的运行角度为(90-α ) ° ;
[0070]电机轴b20快角速度区的运行角度为(90+α ) °。
[0071]步骤(4):
[0072]当电气控制系统21接收到b启动低速转动位置传感器17的启动电机轴b20的有效信息时，电气控制系统21通过pid控制算法，使得电机轴b20转动角度始终是慢角速度vl匀速转动；
[0073]当电气控制系统21接收到b启动高速转动位置传感器16启动电机轴b20的有效信息时，电气控制系统21通过pid控制算法，使得电机轴b20转动角度始终是快角速度v2匀速转动；
[0074]经过快慢两次速度调整完成一次快慢交替，完成一个周期变化控制，这个运动周期内始终保证智能绝缘子检测机器人使用安全稳定的运行在绝缘子串上，缘子智能机器人的运行适应性能，针对不同的等级的绝缘串通过调整角度α增强运行适应性能和运行的流畅。
[0075]所述步骤(4)中慢角速度vl的计算方法是:
[0076]由于电机轴al与电机轴b20共同旋转，电机轴b20转过慢角速度区角度时所用的时间是电机轴al以角速度V转过角度(90+α ) °所用时间
[0077]tl= (90+α ) /y ；
[0078]根据电机轴b20转过慢角速度区需时间tl计算出电机轴b20慢角速度为
[0079]vl= (90-α )/ (90+α ) *v。
[0080]所述步骤(4)中快角速度v2的计算方法是:
[0081]电机轴b20转过快角度区时所需时间是电机轴al以角速度V转过角度(90-α )°所用
[0082]时间t2= (90-α )/ν ;
[0083]根据电机轴b20转过快角速度区需时间t2计算出电机轴b20快角速度为
[0084]ν2= (90+α) / (90_α)*ν。
[0085]如图7所示，电气控制系统21与b启动高速转动位置传感器16、b启动低速转动位置传感器17、电机轴b20的电机7、电机轴al的电机7、两个电机7自带的编码器连接。电气控制系统21从b启动高速转动位置传感器16、b启动低速转动位置传感器17、两个编码器上获取信号，电气控制系统21给两个电机7发出控制信号，两个电机7分别控制各自的电机轴转动。
[0086]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种绝缘子串智能检测机器人，其特征是，包括机械结构、电气控制系统和检测系统，所述电气控制系统和检测系统都安装在机械结构上，所述电气控制系统和检测系统相互连接，所述机械结构上还设有两个电机，所述机械结构包括两个电机轴和两个支撑座，所述支撑座包括通过支撑架固定的两个支撑板，电机轴a的两端分别安装在两个支撑座两端，电机轴b的两端分别安装在两个支撑座的另外两端，所述检测系统检测电机轴所带的攀爬臂的倾斜角度。
2.如权利要求1所述的一种绝缘子串智能检测机器人，其特征是，所述检测系统包括a轴初始位置检测传感器、b轴初始位置检测传感器、b启动高速转动位置传感器、b启动低速转动位置传感器，a轴初始位置检测传感器与b启动高速转动位置传感器安装于第一限位座上，b轴初始位置检测传感器与电机轴b启动低速转动位置传感器安装在第二限位座上，检测系统一旦检测到相应的定位台，就将检测到位置信息传给电气控制系统进行分析处理实现智能变速控制。
3.如权利要求1所述的一种绝缘子串智能检测机器人，其特征是，所述电气控制系统向两个电机发出驱动信号，两个电机分别控制相应的电机轴a和电机轴b的转动。
4.如权利要求2所述的一种绝缘子串智能检测机器人，其特征是，所述第一限位座安装在电机轴a的一端,所述第二限位座安装在电机轴b的一端,所述电机轴a和电机轴b的两端都设有攀爬机构，所述每个电机轴上的攀爬机构的外侧还设有传动机构。
5.如权利要求4所述的一种绝缘子串智能检测机器人，其特征是， 所述攀爬机构包括支臂架、攀爬臂和滚轮，所述支臂架固定在电机轴上，所述支臂架两端分别连接攀爬臂，所述每个攀爬臂的端部连接滚轮； 所述传动机构包括大齿轮和小齿轮，大齿轮固定在电机轴上，小齿轮与大齿轮啮合，小齿轮与电机连接。
6.如权利要求1所述的一种绝缘子串智能检测机器人，其特征是， 所述每个支撑座内侧都设有电机，所述电机固定在电机座上，所述电机座固定在支撑座上；所述限位座与支臂架之间安装有定位台； 所述电机轴通过轴承固定在支撑座上，所述轴承外部设有轴承端盖，所述轴承端盖外部设有轴端盖； 所述a轴初始位置检测传感器安装位置与b轴初始位置检测传感器安装位置在空间坐标系中夹角成90°，b启动低速转动位置传感器的安装位置和b启动高速转动位置传感器的安装位置成平行状态均与X轴成锐角α角。
7.如权利要求1所述的一种绝缘子串智能检测机器人所采用的控制方法，其特征是，主要包括以下步骤: 步骤(1):所述电气控制系统向电机发出驱动信号，控制电机轴a和电机轴b转动到使得两电机轴所带的攀爬臂成90°角夹角初始状态； 步骤(2):在初始状态上由所述电气控制系统控制电机轴b转动，使得电机轴b附带的攀爬臂与电机轴a附带的攀爬臂夹角小于90°即为夹角为(90-α) ° ; 步骤(3): 所述电气控制系统采用Pid控制算法输出电机轴a所属电机的控制信号，控制电机带动电机轴a以角速度V匀速旋转，所述电气控制系统采用Pid控制算法输出电机轴b所属电机的控制信号，控制电机带动电机轴b转动，通过电机轴b的旋转角速度的改变，将原来同样以电机轴a角速度V匀速转动旋转区域划分为快慢两个角速度转速旋转的区域，进而实现机器人电机轴a的攀爬臂与电机轴b的攀爬臂接触绝缘子时的夹角始终保持是(90-α ) ° ;电机轴b慢角速度区的运行角度为(90-α) ° ;电机轴b快角速度区的运行角度为(90+α ) ° ; 步骤(4): 经过 快慢两次速度调整完成一次快慢交替，完成一个周期变化控制，这个运动周期内始终保证智能绝缘子检测机器人使用安全稳定的运行在绝缘子串上，缘子智能机器人的运行适应性能，针对不同的等级的绝缘串通过调整角度α增强运行适应性能和运行的流畅。
8.如权利要求7所述的一种绝缘子串智能检测机器人控制方法，其特征是，所述步骤(4)分为以下具体步骤: 步骤(4-1):当电气控制系统接收到b启动低速转动位置传感器的启动电机轴b的有效信息时，电气控制系统通过Pid控制算法，使得电机轴b转动角度始终是慢角速度vl匀速转动； 步骤(4-2):当电气控制系统接收到b启动高速转动位置传感器启动电机轴b的有效信息时，电气控制系统通过Pid控制算法，使得电机轴b转动角度始终是快角速度v2匀速转动。
9.如权利要求7所述的一种绝缘子串智能检测机器人控制方法，其特征是，所述步骤(4)中慢角速度vl的计算方法是: 由于电机轴a与电机轴b共同旋转，电机轴b转过慢角速度区角度时所用的时间是电机轴a以角速度V转过角度(90+α ) °所用时间tl= (90+ a ) /v ； 根据电机轴b转过慢角速度区需时间tl计算出电机轴b慢角速度为 vl= (90-α )/ (90+ α )*ν。
10.如权利要求7所述的一种绝缘子串智能检测机器人控制方法，其特征是，所述步骤(4)中快角速度ν2的计算方法是: 电机轴b转过快角度区时所需时间是电机轴a以角速度V转过角度(90-α )°所用时间
t2= (90- a ) /v ； 根据电机轴b转过快角速度区需时间t2计算出电机轴b快角速度为 v2= (90+ α ) / (90_α)*ν。
【文档编号】B25J11/00GK103921272SQ201310011104
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年1月12日 优先权日:2013年1月12日
【发明者】韩磊, 孙大庆, 付崇光, 曹涛, 张永生, 赵德利 申请人:山东鲁能智能技术有限公司