变压器巡检机器鱼的制作方法

本发明涉及变压器巡检技术领域，特别涉及一种变压器巡检机器鱼。

背景技术：

变压器是电力系统中最关键的枢纽性设备之一，大量资料表明，导致电气设备失效的主要原因是其内部绝缘性能的劣化，电气设备的多数故障是绝缘性故障。目前人们对电气设备进行局部放电在线监测，不能很好地将局放信号的各种特征量的变化与所发生的绝缘故障的严重程度结合起来，不能通过局放信号对变压器内部的缺陷类型、缺陷位置、缺陷严重程度进行可靠的判断。

技术实现要素：

为了解决以上技术问题，本发明提供一种变压器巡检机器鱼，该变压器巡检机器鱼包括：

壳体；

动力推进装置，所述动力推进装置成对安装于所述壳体的两侧，并提供驱动所述壳体前进或者转向的推进力；

鱼鳔装置，所述鱼鳔装置安装于所述壳体内并具有利用浮力驱动力带动所述壳体上升或者下降的浮力驱动元件；

鱼鳍装置，所述鱼鳍装置成对布置于所述壳体的上方和下方，每个所述鱼鳍装置包括设置于同一转轴两端的成对鳍片对，并且所述鳍片对具有在外力作用下随所述转轴绕所述转轴的轴线同步旋转，以使得所述壳体上升或者下降的路径偏转；

视觉系统，所述视觉系统位于所述壳体内，所述视觉系统包括摄像装置，所述摄像装置具有在外力作用下绕所述壳体的轴线周向移动的自由度。

可选地，所述动力推进装置包括同向布置于所述壳体侧面的动力装置和安装于所述动力装置的推进器。

可选地，所述浮力驱动元件包括提供变压器油容纳空间并与变压器内的变压器油相连通的油缸和安装于所述油缸并在提升力作用下沿所述油缸的内壁面往复滑动以改变所述油缸内变压器油容量的活塞。

可选地，所述鱼鳔装置还包括动力提升装置；

所述动力提升装置与所述活塞的活塞杆传动连接，并对所述活塞杆施加沿所述活塞杆的轴线方向的所述提升力。

可选地，所述动力提升装置包括：

提升电机，所述提升电机安装于所述油缸的顶部；

提升减速机，所述提升减速机安装于所述提升电机的输出端；

传动齿轮，所述传动齿轮安装于所述提升减速机的输出端；

提升齿轮，所述提升齿轮与所述传动齿轮啮合传动，并且所述提升齿轮开设有与所述活塞杆螺纹配合的螺纹孔。

可选地，所述鱼鳍装置还包括：

鱼鳍安装座，所述鱼鳍安装座固定于所述壳体的顶端和底端；

动力偏转装置，所述动力偏转装置安装于所述鱼鳍安装座、并与所述转轴传动连接；

其中，所述转轴可转动地安装于所述鱼鳍安装座。

可选地，所述动力偏转装置包括：

偏转动力电机，所述偏转动力电机安装于所述鱼鳍安装座；

偏转减速机，所述偏转减速机安装于所述偏转动力电机的输出端；

主动齿轮，所述主动齿轮安装于所述偏转减速机的输出端；

被动齿轮，所述被动齿轮安装于所述转轴，并且所述被动齿轮与所述主动齿轮啮合传动连接。

可选地，所述视觉系统还包括：

滑轨，所述滑轨固定于所述壳体的内壁面；

滑环，所述滑环套设于所述滑轨,所述摄像装置安装于所述滑环、并在动力滑动装置的作用下同所述滑环绕所述滑轨转动。

可选地，所述动力滑动装置包括：

滑动动力电机，所述滑动动力电机安装于所述滑轨；

滑动减速机，所述滑动减速机安装于所述滑动动力电机的输出端；

弹性轮，所述弹性轮安装于所述滑动减速机的输出端，并且所述弹性轮与所述滑环摩擦传动连接。

可选地，所述壳体内设置有控制装置，所述控制装置用于驱动所述动力推进装置、所述鱼鳔装置、所述鱼鳍装置和所述视觉系统。

由以上技术方案可知，本发明的变压器巡检机器鱼的动力推进装置提供前进和转向的推进力，鱼鳔装置提供带动壳体上升或者下降的浮力驱动力，鱼鳍装置中鳍片对可绕转轴偏转，并配合鱼鳔装置实现壳体无动力滑翔，视觉系统则可对变压器内部的壳体周向摄像，在不改变变压器内部环境的情况下获得变压器内部的工作状态。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明实施例的变压器巡检机器鱼示意图。

图2为图1中局部结构放大图。

图3为本发明实施例的变压器巡检机器鱼去掉部分壳体示意图。

图4为本发明实施例的鱼鳔装置示意图。

图5为本发明实施例的视觉系统示意图。

图6为本发明实施例的控制装置示意图。

图7为本发明实施例的控制装置内部连接示意图。

其中：

1壳体

11上壳体、111上支耳、112延展边

12下壳体、121下支耳

13配重块

2动力推进装置、21动力装置、22推进器、23动力编码器

3鱼鳔装置

31浮力驱动元件

311油缸、312活塞、313活塞杆、314密封圈

32动力提升装置

321提升电机、322提升减速机、323传动齿轮、324提升齿轮、325提升编码器

33位移传感器

34连接板

4鱼鳍装置

41鳍片对、42转轴、43鱼鳍安装座

44动力偏转装置

441偏转动力电机、442偏转减速机、443主动齿轮、444被动齿轮、445偏转编码器

5视觉系统、51摄像装置

52滑轨、521连接柱

53滑环、531筒体、532托盘

54动力滑动装置

541滑动动力电机、542滑动减速机、543弹性轮、544滑动编码器

6控制装置

61电机驱动与控制模块、62传感器采集模块、63位姿检测模块、64无线传输模块、65电源模块、66安装盘

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。

在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。

为了解决现有技术中对变压器内部故障检测困难的技术问题，本发明的实施例提供了一种变压器巡检机器鱼，该变压器巡检机器鱼用于变压器内部的巡检，使用时该变压器巡检机器鱼处于变压器油环境中。

如图1所示，本发明实施例中的变压器巡检机器鱼包括：壳体1、动力推进装置2、鱼鳔装置3、鱼鳍装置4、视觉系统5和控制装置6。

壳体1可以是分体式球形结构，具体该壳体1可以包括相对设置并密封拼合的上壳体11和下壳体12。如图2所示，上壳体11边缘的周向可以设置有多个均布的上支耳111，下壳体12边缘的周向可以设置有多个均布的下支耳121，上支耳111和下支耳121开设有螺栓孔，螺栓孔内安装螺栓并通过螺母紧固，实现上壳体11和下壳体12的紧固连接。

上壳体11和下壳体12的对接拼合位置设置有密封圈，保证壳体1内部密封，防止变压器内的变压器油进入壳体1内部，影响内部零部件的正常使用。

动力推进装置2成对安装于壳体1的两侧，并提供驱动壳体1前进或者转向的推进力，可以理解的是，动力推进装置2提供推进力，推进力可以推动壳体1前进，由于动力推进装置2是成对布置，因而当两侧的动力推进装置2提供的推进力大小相同时，壳体1直线前进，当其中一个动力推进装置2的推进力减小或者增大时，即两个动力推进装置2提供的推进力大小不同时，壳体1两侧所受到的力将不均衡，壳体1将发生偏转，该偏转即可以实现壳体1的转向，根据壳体1转向的方向以及转弯半径的不同，可以分别设置两个动力推进装置2各自提供的推进力值，不需要设置转向装置就可以实现转向。

如图3所示，鱼鳔装置3安装于壳体1内，该鱼鳔装置3包括利用浮力驱动力带动壳体1上升或者下降的浮力驱动元件31。

该壳体1静置于变压器油内部时，壳体1受到相应静置位置的静置浮力，在本发明的示例中，浮力驱动元件31可以是固定于壳体1内的底部，浮力驱动元件31通过壳体1的底部与变压器内的变压器油相连通，这里的浮力驱动力包括浮力驱动元件31因排出变压器油而受到大于静置浮力的顶升浮力和因吸入变压器油而受到小于静置浮力的沉降浮力。

当浮力驱动元件31排出变压器油时，浮力驱动元件31对排出的变压器油施加向下的推力，由于浮力驱动元件31受到向上的反作用力，该此时壳体1受到静置浮力和向上的反作用力的共同作用力，即为顶升浮力，顶升浮力大于静置浮力，因而壳体1位置上升，在上升过程中处于无动力状态。

当浮力驱动元件31吸入变压器油时，浮力驱动元件31对吸入的变压器油施加向上的吸力，由于浮力驱动元件31受到向下的反作用力，该此时壳体1受到静置浮力和向下的反作用力的共同作用力，即为沉降浮力，沉降浮力小于静置浮力，因而壳体1位置下降，在下降过程中处于无动力状态。

在另一个可选示例中，浮力驱动元件31可以是固定于壳体1内的顶部，浮力驱动元件31通过壳体1的顶部与变压器内的变压器油相连通，这里的浮力驱动力包括浮力驱动元件31因排出变压器油而受到小于静置浮力的沉降浮力和因吸入变压器油而受到大于静置浮力的顶升浮力。

当浮力驱动元件31排出变压器油时，浮力驱动元件31对排出的变压器油施加向上的推力，由于浮力驱动元件31受到向下的反作用力，该此时壳体1受到静置浮力和向下的反作用力的共同作用力，即为沉降浮力，沉降浮力小于静置浮力，因而壳体1位置下降，在下降过程中处于无动力状态。

当浮力驱动元件31吸入变压器油时，浮力驱动元件31对吸入的变压器油施加向下的吸力，由于浮力驱动元件31受到向上的反作用力，该此时壳体1受到静置浮力和向上的反作用力的共同作用力，即为顶升浮力，顶升浮力大于静置浮力，因而壳体1位置上升，在上升过程中处于无动力状态。

鱼鳍装置4成对布置于壳体1的上方和下方，每个鱼鳍装置4包括转轴42和设置于同一转轴42两端的成对鳍片对41，并且鳍片对41具有在外力作用下随转轴42绕该转轴42的轴线同步旋转，以使得壳体1上升或者下降的路径发生偏转，并且壳体1随着路径偏转而处于无动力滑翔状态。

常态时，鳍片对41处于水平状态，维持壳体1的平衡，当浮力驱动元件31通过排出或者吸入变压器油而受到浮力驱动力并带动壳体1上升或者下降的过程中，壳体1处于无动力上升或者下降过程，鳍片对41随转轴42转动时，鳍片对41相对于壳体1的姿态产出变化，进而改变壳体1的前进方向，实现壳体1上升或者下降时路径的偏转，实现壳体1无动力滑翔。

视觉系统5位于壳体1内，并且视觉系统5包括摄像装置51，该摄像装置51具有在外力作用下绕壳体1的轴线周向移动的自由度，该摄像装置51可绕壳体1的轴线实现360°周向转动，实现对壳体1周向摄像，获得变压器内部的工作状态，在不影响变压器内部工作状态的情况下对内部绝缘状态进行检测。

本发明中变压器巡检机器鱼的动力推进装置2提供前进和转向的推进力，鱼鳔装置3提供带动壳体1上升或者下降的浮力驱动力，鱼鳍装置4中鳍片对41可绕转轴偏转，并配合鱼鳔装置3实现壳体1无动力滑翔，视觉系统5则可对变压器内部的壳体1周向摄像，在不改变变压器内部环境的情况下获得变压器内部的工作状态。

该变压器巡检机器鱼的壳体1的直径可以是不大于6cm，体积小，易于进入变压器内部，并且占用空间小，在变压器内易于转向和移动，并且不改变变压器内部环境，便于对变压器内部进行检测。

该壳体1为球形，一方面球形结构没有棱角，不会破坏变压器内部的其它部件，另一方面，球形结构在变压器油的液体环境中各方向受力均衡，易于转向，若设置为其它形状则不利于转向和无动力滑翔。

动力推进装置2可以包括同向布置于壳体1侧面的动力装置21和安装于动力装置21的推进器22，动力装置21提供源动力，该动力装置21可以是防油电机，推进器22安装于动力装置21的输出端，由动力装置21带动推进器22运转，推进器22可以是螺旋桨，螺旋桨的桨叶旋转，将防油电机的转动功率转化为推进力，推动壳体1前进或者转向。

具体防油电机可以是粘贴固定安装于下支耳121，当壳体1两侧的防油电机的转动功率相同时，螺旋桨提供相同大小的推进力，推进力的方向与壳体1的切向平行，推动壳体1前进；当两侧的防油电机的转动功率不同时，与转动功率大的防油电机相连的螺旋桨将提供较大的推荐力，而另一侧将提供较小的推进力，壳体1两侧受到大小不同的切向力，以及因切向力不同而受到的大小不同、方向相反的两个扭矩，两个扭矩的叠加结果是壳体1转动，实现转向。实际可调控两个防油电机的转动功率，改变壳体1的转向半径及转动角度。

如图4所示，鱼鳔装置3的浮力驱动元件31可以包括提供变压器油容纳空间并与变压器内的变压器油相连通的油缸311和安装于油缸311并在提升力作用下沿油缸311的内壁面往复滑动以改变油缸311内变压器油容量的活塞312。

油缸311可以是筒状，其底部可以是固定于壳体1底部，并且油缸311的底部边缘与壳体1密封；油缸311的底板开设通孔，同样，壳体1的相应位置也开设通孔，通过位置对应的两个通孔实现油缸311与变压器油的连通，变压器油通过该通孔被吸入或者被排出油缸311。

活塞312沿油缸311的轴向安装于油缸311的内壁面，并且活塞312的侧围开设凹槽，凹槽内安装密封圈314，通过活塞312和密封圈314将油缸311隔绝为两个容纳空间，其中，位于活塞312上部的空间空置，位于活塞312下部的空间容纳变压器油，随着活塞312沿油缸311内壁的往复滑动，位于活塞312下部的空间高度增大或者减小，改变油缸311容纳的变压器油容量，进而调节壳体1受到的浮动驱动力的大小。

该鱼鳔装置3还可以包括动力提升装置32。动力提升装置32与活塞312的活塞杆313传动连接，并对活塞杆313施加沿活塞杆313的轴线方向的提升力，该提升力带动活塞312沿油缸311的壁面方向往复滑动。

动力提升装置32具体可以包括：提升电机321、提升减速机322、传动齿轮323和提升齿轮324。

提升电机321和提升减速机322位于油缸311的顶部，并且提升减速机322安装于提升电机321的输出端，传动齿轮323安装于提升减速机322的输出端，提升齿轮324与传动齿轮323啮合传动，传动齿轮323带动提升齿轮324转动，提升齿轮324沿轴向开设有与活塞杆313螺纹配合的螺纹孔，提升齿轮324转动的同时通过螺纹配合对活塞杆313施加沿活塞杆313轴向的提升力，提升力带动活塞杆313往复滑动。

鱼鳔装置3还可以包括位移传感器33，位移传感器33固定于连接板34，连接板34固定于油缸311的顶部，位移传感器33测量活塞杆313的位移，活塞杆313的位移即为活塞312往复滑动的位移，再结合油缸311的直径可以得到油缸311内的变压器油的变化量，进而获得由于变压器油量的改变施加于壳体1的浮力驱动力，同样，控制提升电机321的转动功率可以调节活塞杆313的滑动位移，通过控制活塞杆313的滑动位移量可以准确设定壳体1所受到的浮动驱动力，并能够准确调节壳体1在变压器油中的移动距离。

位移传感器33可以选择直线位移传感器，并且直线位移传感器的滑动测头与活塞杆313的顶端固定相连，由活塞杆313带动滑动测头移动，实时测量活塞杆313的滑动位移。

由图3中可知，鱼鳍装置4还包括鱼鳍安装座43和动力偏转装置44。

两个鱼鳍安装座43分别固定于壳体1的顶端和底端，该鱼鳍安装座43提供动力偏转装置44的安装空间和安装点，并且转轴42可转动地安装于该鱼鳍安装座43。壳体1的顶端局部和底端局部可以向壳体1的内部凹陷形成安装平面，鱼鳍安装座43安装于该安装平面。

动力偏转装置44安装于鱼鳍安装座43、并与转轴42传动连接，动力偏转装置44带动转轴42相对于鱼鳍安装座43转动，转轴42与鳍片对41同步转动，实现壳体1的无动力滑翔。

该动力偏转装置44可以包括：偏转动力电机441、偏转减速机442、主动齿轮443以及被动齿轮444。

偏转动力电机441安装于鱼鳍安装座43，偏转减速机442安装于偏转动力电机441的输出端，主动齿轮443安装于偏转减速机442的输出端；被动齿轮444固定安装于转轴42，并且被动齿轮444与主动齿轮443啮合传动连接，由偏转动力电机441带动主动齿轮443转动，主动齿轮443带动被动齿轮444和转轴42同步转动，转轴42的转动使得鳍片对41同步转动，实现角度偏转。

该偏转动力电机441可以安装编码器，编码器可以实时检测偏转动力电机441的转动角度，通过控制偏转动力电机441的转动角度可以准确驱动鳍片对41偏转预设角度，实现对壳体1滑翔时偏转方向的控制。

如图5所示，视觉系统5还可以包括滑轨52和滑环53。

滑轨52固定于壳体1的内壁面，具体可以是滑轨52固定于壳体1的顶部，滑轨52上表面设置有连接柱521，连接柱521的顶端固定于壳体1的内壁面，或者壳体1的内壁设置一水平连接板，连接柱521的顶端连接至该水平连接板。滑轨52为圆环形，其外壁面具有周向滑道。

滑环53套设于滑轨52,具体可以是滑环53安装于滑轨52的周向滑道，并且滑环53可在滑动装置54的提供的驱动力作用下相对滑轨52周向滑动，滑环53固定安装有摄像装置51，滑环53可带动摄像装置51相对滑轨52周向滑动，以实现摄像装置51的周向摄像。

动力滑动装置54可以包括：滑动动力电机541、滑动减速机542和弹性轮543。

滑动动力电机541安装于滑轨52的上表面，滑动减速机542安装于滑动动力电机541的输出端，弹性轮543安装于滑动减速机542的输出端，滑动动力电机541通过传动连接带动弹性轮543转动，弹性轮543与滑环53摩擦传动连接，弹性轮543通过与滑环53之间的摩擦力带动滑环53转动，滑环53带动摄像机51周向转动。

该弹性轮543具有弹性，并且弹性轮543与滑环53摩擦接触，弹性轮543发生弹性形变，增加弹性轮543与滑环53之间的摩擦力。滑环53包括套设于滑轨52外侧的筒体531和位于筒体531底端的托盘532，滑轨52位于筒体内并放置于托盘532，托盘532的侧壁面与弹性轮543摩擦接触。弹性轮543的材质可以是橡胶，可发生弹性形变，增加橡胶与托盘532之间的摩擦力。

摄像机51在壳体1内周向转动拍摄图像，壳体1设置有透明部分为摄像机51避让拍摄视角，保证摄像机51的完整拍摄，该透明部分可以是位于上壳体11。或者，该壳体1可以是透明壳体，即整个壳体1是透明的。

壳体1内设置有控制装置6，控制装置6用于驱动所述动力推进装置2、所述鱼鳔装置3、所述鱼鳍装置4和所述视觉系统5。

在一个示例中，壳体1的下壳体12设置有配重块13，配重块13保证壳体1保持竖直状态，即使滑翔过程中也不易倾覆。

控制装置6用于驱动动力推进装置2、鱼鳔装置3、鱼鳍装置4和视觉系统5。

具体地，如图6和7所示，控制装置6可以包括安装盘66和安装于安装盘66的电机驱动与控制模块61、传感器采集模块62、位姿检测模块63、无线传输模块64、电源模块65。

壳体1的上壳体11的边缘具有向壳体1内部延伸的延展边112，安装盘66搭接于该延展边112、并通过螺栓与延展边112机械连接。

电机驱动与控制模块61、传感器采集模块62和位姿检测模块63均与无线传输模块64相连，无线传输模块64将这三个模块的控制信息和采集信息传输至外界设备。

电机驱动与控制模块61驱动并控制动力装置21、提升电机321、偏转动力电机441和滑动动力电机541的远转。

进一步地，动力装置21设置有用于测量动力装置21输出端的角位移、角速度的动力编码器23，提升电机321设置有用于测量提升电机321输出端的角位移、角速度的提升编码器325，偏转动力电机441设置有用于测量偏转动力电机441输出端的角位移、角速度的偏转编码器445，滑动动力电机541设置有用于测量滑动动力电机541输出端的角位移、角速度的滑动编码器544。

动力编码器23、提升编码器325、偏转编码器445、滑动编码器544和位移传感器33均与传感器采集模块62相连，传感器采集模块62采集相应编码器和传感器的信号数据，并传输至无线传输模块64。

电源模块65则用于向整个系统的用电设备供电。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。