基于超声测距的变电站水冲洗机器人的水冲洗控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种基于激光测距的变电站水冲洗机器人的水 冲洗方法。
【背景技术】
[0002] 随着工业经济和城市建设的飞速发展，对变电站供电的连续性和质量提出了越来 越高的要求。然而由于输电线路设备长期暴露在大自然中，特别是工业区域，沿海和盐碱地 区域，受工业废气、海水和自然界盐碱、粉尘的影响，通常会在其绝缘子表面形成一定程度 的污秽。送些含有盐、酸、碱性成分的污秽，一般来说可溶于水，污秽溶于水后成为电解质， 具有很强的导电性。受到污染的绝缘子，电导增大，绝缘性能降低，泄漏电流急剧增加，其闪 络电压大大降低，此时就容易发生污垢闪络。尤其是当绝缘子设计泄露比距不够或采用的 绝缘子不能满足污秽要求时，污闪很有可能出现。污闪事故一旦发生，可直接导致用户大面 积、长时间停电，致使供电可靠率下降，从而给工农业生产和居民生活用电带来严重的负面 影响。防止输电线路污闪，防止电网大规模停电事故的发生，确保电网安全稳定运行和电力 可靠供应就显得尤为重要。
[0003] 目前，变电站绝缘子水冲洗存在的问题是：
[0004] 1、变电站绝缘子的清扫工作主要采用停电人工清扫或带电水冲洗。采用停电人工 清扫质量低、设备清扫工作处于被动状态，不能得到适时的清扫，送些都会对变电站输电线 路的安全稳定运行造成一定的隐患。
[0005] 2、部分变电站绝缘子的清扫工作依靠机器进行，但是自动化水平低，控制不够精 确，从而导致对变电站绝缘子的清扫不够彻底，不能满足安全要求。
[0006] 基于此发明的变电站水冲洗机器人能够实现带电作业，稳定高效水冲洗，有利于 电网的稳定运行。现在，水冲洗机器人的研发如火如茶，而关于水冲洗机器人进行水冲洗作 业时的路径规划问题还不完善。
【发明内容】
[0007]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于超声测距的变电站水冲洗机 器人的水冲洗控制方法，该冲洗控制方式用来规划水冲洗机器人对绝缘子进行冲洗的路 径，调整喷枪与绝缘子之间距离，冲洗过程中调节冲洗出水速度形成卡口润街等。能有效的 保证机器人在冲洗过程中平滑运行，实现误差和加速度可控，并具有良好的冲洗效果。
[0008]为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0009] 基于超声测距的变电站水冲洗机器人的水冲洗控制方法，包括：
[0010] 步骤一；根据安装在冲洗平台上的超声波测距仪和监控摄像头采集距离及监控 的图像得到当前机器人与绝缘子之间的相对H维坐标值，判断两者相对距离是否是安全距 离，若是，进行下一步，若不是，调整冲洗平台的位置，直至该相对距离为安全距离；确定路 径规划的起始状态；
[0011] 步骤二：通过控制其控制水冲洗机械臂对绝缘子串的上下方向的自动冲洗；通过 控制喷头实现喷头能够对朝向机器人一侧的绝缘子串进行清洗；
[0012] 步骤H;在进行水冲洗时，通过调节水枪出水口径及出水速度，形成卡口润街并实 现对绝缘子串振动频率的调节。
[0013] 所述步骤二中，对绝缘子串的上下方向的自动冲洗，具体过程为：
[0014] (2-1)在冲洗过程中，安装在各关节旋转轴上的角位移传感器采集得到起始时刻 及终止时刻操作臂的各关节角度；
[0015] (2-2)对于单个关节的平稳运动，轨迹函数0 (t)满足约束条件，根据约束条件对 应的约束方程唯一的确定一个H次多项式；
[0016] (2-3)根据该H次多项式得到运动轨迹的关节速度与加速度，将运动轨迹的关节 速度与加速度代入约束方程得到H次多项式的系数，该系数确定了冲洗时间与冲洗角度的 关系；
[0017] (2-4)根据绝缘杆的长度及H次多项式得到冲洗过程中绝缘杆的长度随时间的 变化关系，对（l，d，0。，0f)进行插值，生成水冲洗机械臂对绝缘子串的上下方向的冲洗轨 迹。
[0018] 所述约束条件，其中两个是起始点和终止点对应的关节角度：
[001 引 0 (0) = 00 ;
[0020] 0 (tf) = 0 f ;
[0021] 其中，0。，0f为起始点和终止点的关节角度；
[0022] 路径点上的关节速度不为零时，速度约束条件变为：
[0023] 0'（0)= 0 0'
[0024] 0 '（tf) = 0 /。
[0025]由速度约束条件确定H次多项式的四个方程为：
[0030]0。，0f，0'。，0'f分别为起始点和时间参变量tf时刻的角度和角速度， 曰0,曰1，曰2,曰3为待定系数。
[0031] 求解方程组，可得到H次多项式的系数：
[0032] a〇 =白0
[0033] 曰1 = 0 0，
[003引e。，9f，e'。，e'f分别为起始点和时间参变量tf时刻的角度和角速度， 曰0,曰1，曰2,曰3为待定系数。
[0037] 设所经过的路径点处的关节角度为0y，与该点相邻的前后两点的关节速度分别 为e。和0g。从e。到ey的插值H次多项式为：
[0038]
[0039]从eV到eg的插值H次多项式为：
[0040]
[00川上述两个H次多项式的时间区间分别为Ip，//」和10, /J。对送两个多项式的约 束是：
[0050] ai.j,i= 1，2,j= 0, 1，2, 3，为待定系数，tfi,tf2为时间参数。
[0051] W上约束条件组成了含有8个未知数的8个线性方程，对于tfi=tf2 =tf的情况， 送个方程的解为：
[0060] a。，i= 1, 2,j= 0, 1，2, 3，为待定系数，tf,tfi,tf2为时间参数。
[00川由此我们将得到的系数带入0 (t)=曰1。+曰1护曰12&曰13机就可W得到关节角度随 时间变化的关系。
[0062] 所述步骤二中对朝向机器人一侧的绝缘子串进行清洗，采用逐点比较法的圆弧插 补方式；进行圆弧插补时，通常W圆必为原点，根据圆弧起点与终点的坐标值来进行插补。
[0063] 根据圆弧起点与终点的坐标值来进行插补具体为：设圆弧插补的圆弧起点坐标为 狂。，Y。），终点坐标为化，Y。），对于圆弧上任一点狂1，Yi)，有；Xi2+Yi2 =R2,令F=Xi2+Yi2-R2 为偏差函数。当F> 0时，该点在圆外，向-X方向运动一步；当F< 0时，该点在圆弧内，向 巧方向运动一步；为使运动继续下去，将F= 0归入F> 0的情况，插补运动始终沿着圆弧 并向终点运动。
[0064] 圆弧插补的判别计算可采用如下的迭加运算：
[00财设当前点化，Yi)对应的偏差函数为 [0066]
[0067] 当喷枪沿-X方向走一步后
[0068]
[0069] 当喷枪沿巧方向走一步后
[0070]
[0071] 终点判别可由n=IXe-X。I+1Ye-Y。I判别，每走一步使n=n+1，直至n= 0为止。 [007引对化，Yi，0。，0f)进行插值，生成对水冲洗机器人对朝向机器人一侧的绝缘子串 进行清洗的运动轨迹。
[0073] 所述步骤二中，卡口润街形成的条件；在流体中的圆柱体，其雷诺数满足 47<Re<l〇5,雷诺数用来表征流体流动情况，WRe表示，Re=Pvl/n，其中V、P、n分别为 流体的流速、密度与黏性系数，1为一特征长度；
[0074] 绝缘子串振动频率与流体（水）速度成正比，与阻流体的正面宽度成反比，卡口润 街频率与流体速度和阻流体即旋润发生体宽度有如下关系；f=SfV/d，其中f为卡口润街 频率；Sf为斯特劳哈尔数；V为流体速度；d为阻流体迎面宽度；
[0075] 通过调节水枪出水口径及出