换流站带电水冲洗机器人及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种换流站带电水冲洗机器人。
【背景技术】
[0002]换流站是指在高压直流输电系统中，为了完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。
[0003]换流站绝缘子长时间暴露在外界环境中，表面易沉积污垢，这些污垢受恶劣天气侵害容易发生污闪事故。绝缘子带电水冲洗作业可以提高供电的可靠性，减少停电损失，保证换流站及输电线路的安全。在现阶段的换流站绝缘子冲洗作业主要存在以下缺点:
[0004]1、冲洗方式大多是由清洗技术人员手持冲洗设备进入现场进行作业，人工冲洗不仅依赖于天气情况，还需要清洗人员具备较高技术水平及熟练的操作流程，对绝缘子进行带电水冲洗时需要高规格的安全防护，以避免短路电流造成的安全事故，引发人员伤亡，这类作业方式存在安全隐患；
[0005]2、人工作业面临着劳动强度大，效率低，自动化水平低等诸多问题；
[0006]3、带电水冲洗技术要求较高，受环境、积污情况、设备爬距、设备布置方式等多种因素影响，人工冲洗时容易发生设备闪络；
[0007]4、考虑到带电水冲洗作业受到冲洗角度、水压等多方面的影响，人工作业有时不能把设备外绝缘表面的污秽物完全冲走。
[0008]因此利用更安全和效率更高的机器人代替人工对换流站绝缘子进行水冲洗作业是非常有必要的，是符合时代发展要求的。
【发明内容】
[0009]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了换流站带电水冲洗机器人，该装置利用机器人代替人工完成换流站绝缘子冲洗作业，使操作人员位于安全区域内，保障了操作人员的安全，降低的劳动强度，提高冲洗效率和自动化水平。
[0010]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0011]换流站带电水冲洗机器人，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级伸缩臂，多节多级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；水冲洗机器人还包括电气控制系统，该电气控制系统包括工控机，工控机采集各类传感器上传的数据，并通过有线方式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，通过跟踪摄像机采集的图像，确定水枪的位姿，水枪喷射高纯度水进行冲洗作业。
[0012]小臂在伸缩链条的带动下实现与连接臂同步伸出与收缩，在变幅油缸、伸缩油缸和伸缩链条的共同作用下，调整大臂、连接臂以及小臂的位姿；调平油缸I和调平油缸II协调调整工作台的位姿，保持工作台水平，俯仰油缸上下俯仰以及摆动油缸的左右摆动实现水枪架的位姿微调。
[0013]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。
[0014]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级伸缩臂，回转平台及多节多级伸缩臂的大臂与变幅油缸铰接连接，多节多级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。
[0015]所述多节多级伸缩臂为三节两级伸缩臂，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。
[0016]所述多节多级伸缩臂的大臂、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。
[0017]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。
[0018]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激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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；
[0022]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。
[0023]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。
[0024]所述电气控制系统包括车载子系统，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，在工控机中进行处理然后通过有线再下发给收发机，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。因为换流站的干扰比较大，采用无线的方式会导致信号的接受不够精确，所以本电气控制系统采用有线的方式进行信号的传送及通信。
[0025]所述各类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、电压传感器与电流传感器，拉线传感器安装在大臂与小臂之间，用于测量小臂的伸缩长度，大臂和工作台均装有一个角度传感器和一个倾角传感器，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，其中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安装在液压油箱上，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，采集到的模拟信号经过A/D转换模块转换为数字信号经过485总线传递给工控机。
[0026]换流站带电水冲洗机器人的控制方法，具体为:该机器人在作业时，通过远程遥控装置的控制手柄控制机械本体的车体移动机构移动到指定区域，将前液压支腿I，前液压支腿II，后液压支腿I，后液压支腿II支撑着地，提高机器人作业稳定性；
[0027]回转平台及其附属部件可360°转动，调整两级伸缩臂的方位，通过变幅油缸与调整大臂的俯仰角，连接臂通过伸缩油缸实现伸出与收缩，小臂在伸缩链条的带动下实现与连接臂同步伸出与收缩，在变幅油缸、伸缩油缸和伸缩链条的共同作用下，调整大臂、连接臂以及小臂的位姿；
[0028]调平油缸I和调平油缸II协调调整工作台的位姿，保持工作台水平，俯仰油缸上下俯仰以及摆动油缸的左右摆动实现水枪架的位姿微调，通过跟踪摄像机采集的图像，确定水枪的位姿，水枪喷射高纯度水进行冲洗作业。
[0029]车载子系统按功能主要分为车体移动控制模块、上装升降机构运动控制模块、发动机及电源动力监控模块和安全监控模块等四个模块。车体移动控制模块具备前进、后退、调速、左右转向、支腿伸缩、辅助照明、安全监控等功能；上装升降机构运动控制模块具备单关节控制、单关节位置反馈、自动调平及安全监控等功能；发动机及电源动力监控模块具备发动机启停、调速等控制和发动机状态及电源电压的监视等