一种变电站绝缘子RTV均匀喷涂系统及控制方法与流程

本发明属于变电站带电作业技术领域，尤其涉及一种变电站绝缘子rtv均匀喷涂系统及控制方法。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

变电站高压电气设备大多在户外安装，常年运行设备表面会积污。受大气环境影响，在潮湿气象条件下常常发生闪络，造成停电事故。定期对变电站设备进行喷涂及rtv喷涂，是保持设备原有绝缘水平、防止污闪事故发生、保证电网可靠运行的有效手段。变电站支柱绝缘子rtv喷涂是通过对变电站支柱绝缘子表面喷涂rtv涂料，来提高绝缘子表面憎水性的一种方法，是一种有效而必要的防污闪手段，经济与社会效益显著。目前，对支柱绝缘子喷涂rtv主要通过工人手工喷涂实现。但是人工喷涂具有涂料浪费、依赖于经验、喷涂质量欠佳等问题。

尽管目前已经出现了绝缘子rtv自动喷涂的相关技术，但据发明人了解，由于绝缘子的独特外观，导致其凹陷部位容易出现喷涂盲区，且喷涂的均匀性难以保证。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种变电站绝缘子rtv均匀喷涂系统及控制方法，实现了绝缘子表面rtv涂料的均匀喷涂。

为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

一种变电站绝缘子rtv均匀喷涂系统，包括：环抱机构以及至少一个喷涂机构；所述环抱机构为圆心角不小于180°扇环形或环形，所述环抱机构上设有至少一个喷涂机构，所述喷涂机构能够沿环抱机构进行周向往复运动；所述喷涂机构包括用于安装喷枪的喷枪架，所述喷枪架能够沿环抱机构的直径方向径向往复运动。

进一步地，所述环抱机构为半环形，包括环形内腔和能够沿环形内腔运动的环形件，并且，所述环形内腔下方设有环形开口；至少一个喷涂机构设于环抱机构下方，与环形件连接，能够沿环形开口随环形件往复运动。

进一步地，还包括支撑机构；所述环抱机构与支撑机构连接，且能够相对于支撑机构进行垂直升降运动。

进一步地，所述喷枪架通过连接机构与环形件连接；所述连接机构包括连接杆和水平滑台，所述水平滑台方向与环抱机构直径方向一致方向与环抱机构直径方向一致；其中，所述连接杆一端与环形件连接，另一端连接水平滑台，所述喷枪架能够沿水平滑台径向往复运动。

进一步地，所述喷枪架上设有两个呈上下分布的用于安装喷枪的喷枪位，且每个喷枪位均能够与喷枪旋转连接。

进一步地，支撑机构与环抱机构通过连接支架连接；支撑机构上远离环抱机构的一侧设有竖直的齿条；连接支架套设于支撑机构外部，远离环抱机构的一侧设有与齿条相啮合的第一齿轮；所述连接支架上还设有与齿轮连接的第一步进电机；

所述支撑机构上连接环抱机构的一侧还设有竖直导槽，连接支架上设有与该导槽相匹配的滑块。

进一步地，所述环抱机构的环形内腔与连接支架相对的一侧开口，所述环形件为环形齿轮；所述连接支架与开口相应的位置设有与环形齿轮相啮合的第二齿轮；所述连接支架上还设有与齿轮连接的第二步进电机；

所述环形内腔上表面设有环形导槽，环形齿轮的齿圈上设有与环形导槽相匹配的滑块。

进一步地，还包括2个限位传感器，分别设于支撑机构的顶端和底端。

进一步地，还包括测距传感器，设于支撑机构底座上，用于实时测量环抱机构的高度。

进一步地，还包括测厚传感器，设于喷涂机构上朝向环抱机构内侧的一端，用于实时测量喷涂的厚度。

进一步地，还包括控制器，连接无线遥控器。

一个或多个实施例提供了一种基于所述变电站绝缘子rtv均匀喷涂系统的喷涂控制方法，接收控制指令，执行喷涂任务；其中，所述控制指令包括本次喷涂任务的环抱喷涂次数和速度。

进一步地，每次喷涂完成后，喷涂工具控制器执行涂层均匀性判断，若存在不均匀之处，控制喷涂工具运动到相应位置进行补涂。

进一步地，涂层均匀性判断包括：

接收喷涂过程中基于测厚传感器实时获取的当前喷涂位置的涂层厚度、基于测距传感器获取的当前喷涂位置的高度，以及以周向往复运动的起始位置为基准，基于周向往复运动的速度计算的当前喷涂位置的角度，得到待喷涂绝缘子所有位置的涂层厚度；

判断是否存在涂层厚度小于设定阈值的位置，若存在，获取该位置相应的高度和角度，控制喷涂机构运动至相应位置进行补涂。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明的喷涂机构基于扇环形的环抱机构进行周向移动，实现了绝缘子360°全方位喷涂，且喷涂机构能够沿环抱机构直径方向径向往复运动，即，喷涂过程中喷枪不断远离和靠近绝缘子，使得喷涂过程很好的模拟了人工喷涂，保证了绝缘子表面的全面覆盖，避免了漏涂现象；

本发明的喷涂机构设置了上下分布的两个喷枪，且喷枪的角度可调，使得喷涂系统灵活性更高，对于不同直径大小的绝缘子，可以通过调整喷涂机构相对于绝缘子的距离，以及两个喷枪之间的角度，来保证喷涂的质量；

本发明通过在支撑机构上下均设置限位传感器，以及在支撑机构底座上设置测距传感器，为环抱机构提供了双重保护，使其不能超出极限位置；

并且，测距传感器还实时测量了环抱机构的高度，与旋转角度相结合，可精准定位当前喷涂的位置，加上测厚传感器测得的涂层厚度，实现了喷涂厚度与绝缘子喷涂位置的一一对应，从而能够进行均匀性检测，保证了喷涂的均匀性。

本发明提出了融合深度学习、双目立体视觉及视觉伺服技术的控制方法，实现了基于三维图像语义的变电站绝缘子的实时识别定位及位置信息的获取，能够有效的识别喷涂不均匀部位并进行喷涂，保证了rtv喷涂的质量。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明一个或多个实施例中喷涂工具立体图；

图2为本发明一个或多个实施例中喷涂工具环抱机构与喷涂机构连接示意图；

图3为本发明一个或多个实施例中喷射机构局部放大图；

图4为本发明一个或多个实施例中喷涂工具模块连接示意图；

图5为本发明一个或多个实施例中遥控器结构示意图；

图6为本发明一个或多个实施例中基于无线遥控器控制喷涂工具进行喷涂的流程图；

其中，1——支撑机构，2——环抱机构，3——喷涂机构，4——安装底座，5——连接支架，6——第一步进电机，7——环形齿轮，8——旋转齿轮，9——第二步进电机,10——喷枪架，11——喷枪，12——连接杆，13——水平滑台，14——电缸，15——接近开关，16——测距传感器，17——竖直连接杆，18——喷枪位。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了一种变电站绝缘子rtv均匀喷涂系统，如图1，包括：支撑机构1、环抱机构2以及至少一个喷涂机构3；所述环抱机构2与支撑机构1连接，且能够相对于支撑机构1进行垂直升降运动。所述环抱机构2为扇环形或环形，所述环抱机构2上设有至少一个喷涂机构3，所述喷涂机构3能够沿环抱机构2进行周向往复运动，进行rtv喷涂；所述喷涂机构3包括用于安装喷枪11的喷枪架10，所述喷枪架能够沿环抱机构2的直径方向径向往复运动。

所述rtv喷涂工具还包括安装底座4，用于将所述rtv喷涂工具安装在机器人作业终端上。具体而言，支撑机构1固定连接于安装底座4上，安装底座4用于承载rtv喷涂工具的重量，在喷涂作业时可固定于机器人的升降平台上，以便升降平台可将喷涂装置送至高处从而接触支柱绝缘子。故，该安装底座上设有用以与升降平台连接的连接结构如连接孔。

支撑机构1通过连接支架5与环抱机构2连接。具体地，所述支撑机构1上垂直设有滑杆，连接支架5一端为套设于所述滑杆上的滑块，另一端与环抱机构2连接。通过连接支架5的滑块在支撑机构1上的上下滑动带动环抱机构2相对于支撑机构1的上下运动。可在第一步进电机6的驱动下沿支撑机构1上下移动，从而带动连接支架5和环抱机构2上下运动。本领域技术人员可以理解，此处连接机构与支撑机构1的连接不限于滑杆与滑块的方式，可以采用任意其他能够实现连接机构相对于支撑机构1上下运动的方式。

环抱机构2包括环抱框架、环形齿轮7、第二步进电机9以及旋转齿轮8。其中，环抱框架呈半环形并具有一半环形内腔，其两端部均呈开口状。环形齿轮7设于该环抱框架的内腔中，其齿轮一侧通过设于环抱框架侧面的开口而显露出(在本实施例环形齿轮7为外环形齿轮7，故该侧面为外侧面，但不限于此)，且该环形齿轮7亦呈半环形并可于环抱框架内腔中水平运动而穿出环抱框架的端部。所述连接支架5中还设有旋转齿轮8和用于驱动该齿轮的第二步进电机9。该旋转齿轮8和经环抱支架外侧面的开口而显露出的环形齿轮7相啮合形成第二传动副，其可在第二步进电机9驱动下带动环形齿轮7在环抱支架的内腔中绕该环抱支架的轴线(即环抱支架所在环形的轴线)水平旋转。

在本实施例中，环抱框架、环形齿轮7以及旋转齿轮8均采用绝缘材料制成，以起到绝缘防护作用。机构框架采用硬铝合金焊接而成。

所述环抱框架底面设有环形滑槽且两端不封堵。两个喷涂机构3分别设于环抱机构2下方，且分别与环抱框架内腔中的环形齿轮7两端连接，环形齿轮7被驱动旋转时，可带动两个喷涂机构3沿环形滑槽绕环抱支架的轴线水平旋转。由于环抱框架和环形滑槽两端均不设封堵，环形齿轮7带动两个喷涂机构3旋转可实现支柱绝缘的360度喷涂。

为了对环形齿轮7于环抱支架内的运行位置进行限定，以防止其于环抱支架内移动而偏离运行位置从而不能够与环抱支架紧密配合，环抱支架的内腔顶部设有t型导槽，环形齿轮7的齿圈上设有与t型导槽相匹配的t型滑块；齿圈的定位及滑动是通过t型导槽来实现的，即可实现齿圈的定位，又能减小运动过程中的摩擦阻力，避免了环抱机构2在运动过程中的“翘头”现象。

如图2-3，喷涂机构3包括连接机构、喷枪架10和喷枪。其中，连接机构包括连接杆和水平滑台13，并且，水平滑台13的方向与环抱机构2直径方向一致，所述连接杆与环形齿轮7连接，水平滑台13下方设有水平滑杆；喷枪架10通过套设在水平滑杆上的滑块与连接机构连接。所述喷枪架10包括两个喷枪位18，所述两个喷枪位18呈上下分布。所述两个喷枪位18用于安装喷枪，并且均与喷枪转动连接。实际应用时，两个喷枪沿枪头方向的轴线呈锐角。所述水平滑台13上位于环抱机构2外侧的一端设有电缸14，用于驱动滑块带动喷枪径向往复运动，靠近和远离绝缘子，从而模拟人工手动的喷涂过程，保证绝缘子的边缘及中心能喷涂相同厚度rtv漆料。环抱机构2套设于绝缘子外部，通过环抱机构2的旋转和rtv喷枪的喷涂，能够实现支柱绝缘的360度喷涂。

具体地，喷枪架10包括与滑块连接的竖直连接杆，连接杆下方连接两个喷枪位18，所述两个喷枪位18分别位于滑杆所在方向的两侧，且上下分布。本领域技术人员可以理解，此处水平连接件与喷枪架10的连接不限于滑杆与滑块的方式，可以采用任意其他能够实现连接机构相对于支撑机构1上下运动的方式。

喷涂机构3的径向运动以及喷枪的角度可调，使得喷涂系统灵活性更高，能够适用于不同直径大小的绝缘子，通过调整喷涂机构3相对于绝缘子的距离，以及两个喷枪之间的角度，来保证喷涂的质量。

本实施例中设置两个上下分布的喷枪，且两个喷枪沿枪头方向的轴线呈锐角。两把喷枪的设置能够实现绝缘子双面无死角喷涂。喷枪能够实现径向往复运动，实现绝缘子的边缘及中心能喷涂相同厚度rtv漆料。环抱机构2套设于绝缘子外部，通过环抱机构2的旋转和rtv喷枪的喷涂，能够实现支柱绝缘的360度喷涂。

环抱框架下方中心位置处设有接近开关15，与两个喷涂机构3上设置的金属电缸14相配合，构成往复旋转控制件，当环形齿轮7自起始位置(即环形齿轮7完全位于环抱支架内，两喷涂机构3分别位于环抱支架的两端部)旋转90°后，接近开关15将感应到靠近环抱支架中心位置的喷涂机构3的金属电缸14，接近开关15随即发送电信号至电机控制器，使第二步进电机9换向，由此旋转齿轮8转向，从而带动环形齿轮7反向旋转。当环形齿轮7反向旋转180°后，接近开关15感应到另一电缸14，将发送电信号至电机控制器，使第二步进电机9再次换向，如此往复循环，使喷枪不停的绕绝缘子轴向往复旋转。从而实现了喷涂机构3周向的往复，保证了绝缘子的充分喷涂。

为了保证喷涂工具自身的安全性和便于精准控制，所述喷涂工具上还设有测距传感器16、限位传感器和测厚传感器。

测距传感器16设于安装底座上，用于实时测量环抱机构2上下移动的距离，一方面保证rtv喷涂过程中的匀速运动以实现rtv喷涂的质量，另一方面通过限定环抱机构2的最大可移动距离可以保证环抱机构2不会超出极限位置，从而对喷涂工具起到保护作用。

限位传感器有2个，分别设于支撑机构1的顶端及底端，用于限制环抱机构2上下运动的极限位置。

激光测距仪与限位传感器为喷涂工具提供了双重保护，假如激光传感器损坏或出现故障时，限位传感器能保护环保机构不会超出极限位置。

测厚传感器设于喷涂机构3上，用于实时监测喷涂的厚度。当环抱机构2旋转时，测厚传感器能实时监测传感器与绝缘子表面的距离，数据传送给控制系统，能实时计算涂层厚度，根据旋转角度能记录每一个角度位置的涂层厚度。

参见图4，所述rtv喷涂工具上还设有arm控制器，arm控制器同时与测厚传感器、测距传感器16、限位传感器、步进电机驱动器、步进电机编码器相连接。测厚传感器、测距传感器16输出信号为0-10v电压，经过电路转换为0-3.3v电压，进入arm控制器的ad输入接口，实现厚度及距离的测量。限位传感器为开关量信号，经过信号处理后，与arm控制器的io口相连接，用来判断rtv喷涂工具是否运行至极限位置。

步进电机驱动器与步进电机相连接，步进电机与步进电机编码器相连接，编码数据反馈到arm控制器，实现步进电机的速度环、位置环双环闭环控制。步进电机驱动器接收arm控制器发来的指令，对步进电机进行精确控制，完成rtv喷涂工具的精确运动控制。

所述rtv喷涂工具上还设有无线接收器，本实施例中，无线接收器采用dc24v供电，通讯接口为rs485，modbusrtu。无线接收器与arm控制器通过rs485相连接。

所述无线接收器还通过无线射频连接无线遥控器。参见图5，rtv喷涂机构3的无线遥控器主要包括包含一个万向三轴模拟量杆，用来控制rtv喷涂工具的上下级环抱运动；一个模拟电位器，主要进行各个运动关节的运动速度的控制；四个开关量按钮，分别是电源开关、手动/自动模式选择、左侧径向运动、右侧径向运动；一个电源指示灯、一个信号指示灯；一个急停开关。电源指示灯用来指示电源开关的开合，信号指示灯代表无线遥控器与无线接收器之间的数据传输。无线遥控器采用锂电池供电。

为了进一步保证喷涂的均匀性，所述环抱机构2中，环抱框架上设置两个摄像头，且两个摄像头位于环抱机构2所在圆的同一条直径上，即，分别位于半圆环环抱框架的两个端部。所述两个摄像头分辨率相同(分辨率为m×n)，且镜头方向相对，两个摄像头可采集到环抱范围内的图像。所述两个摄像头用于对绝缘子和绝缘子上喷涂不均为部位进行识别和定位。并将喷涂不均匀部位反馈至控制器，由控制器控制喷涂机构到达指定不问进行补涂，保证了rtv喷涂的质量。

具体地，所述两个摄像头为rgbd摄像机。结合深度学习方法，根据两个摄像头采集的图像进行深度恢复和三维图像重建。通过基于三维图像语义的变电站设备自主识别检测算法，对三维图像中的绝缘子和绝缘子上喷涂不均匀的部位进行识别和定位。

并且，通过基于背景减法的扫视镜运动物体拍摄技术，构建视觉伺服系统，实现对变电站绝缘子及绝缘子喷涂不均匀部位的实时高速跟踪，最终实现变电站绝缘子的实时识别定位及位置信息的获取。

将喷涂工具固定于作业机器人的作业终端上，基于上述喷涂工具进行喷涂的过程如下：

步骤1：调整机器人的位置以及升降平台的姿态，并通过环抱机构2上两个摄像头采集的视频辅助调整，使得待喷涂绝缘子位于环抱机构2所包围的范围内。

步骤2：启动无线遥控器，建立无线遥控器和rtv喷涂工具的连接；rtv喷涂工具接收无线遥控器发送的控制指令，按照完成喷涂。参见6，具体过程如下：

首先选择工作模式：手动/自动；

当处于自动喷涂模式的时候，rtv喷涂工具自上而下，进行环抱喷涂，完成360度喷涂后，逐渐往下平移喷涂；本领域技术人员可以理解，可以通过预设环抱喷涂的次数和速度来决定每层绝缘子喷涂的厚度。

当处于手动喷涂模式时，通过无线遥控系统控制rtv喷涂机构3上下移动或环抱运动，径向往复运动可以打开也可以关闭。通过万向三轴模拟量杆来决定上下运动的速度，通过控制环抱喷涂次数和速度把握每层绝缘子喷涂的厚度。

在基于喷涂次数和速度控制喷涂厚度的基础上，为了进一步提高均匀性，在喷涂工具上下和旋转喷涂过程中，喷涂工具控制器还判断是否存在不均匀之处，待本次喷涂完成之后，控制喷涂工具运动到指定位置进行补涂，具体包括：

基于测厚传感器实时获取当前喷涂位置的涂层厚度；

同时，基于测距传感器16获取当前喷涂位置的高度；以周向往复运动的起始位置为基准，基于周向往复运动的速度计算当前喷涂位置的旋转角度；

本次喷涂任务完成后，得到待喷涂绝缘子所有位置的涂层厚度，判断是否存在涂层厚度小于设定阈值的位置，若存在，获取该位置相应的高度和角度，若不存在；其中，设定阈值可设定为所有喷涂厚度的平均值；

控制喷涂机构3返回至各待补涂位置依次进行补涂，同时在对各待补涂位置补涂过程中，基于测厚传感器实时监测厚度，达到该设定阈值时，该位置补涂结束。

喷涂过程中，实时获取所述两个摄像头拍摄的绝缘子图像，判断绝缘子是否位于环抱机构所包围范围的中心，若偏离中心，调整环抱机构相对于绝缘子的位置，直至所述绝缘子位于环抱机构所包围范围的中心；以及，结合深度学习进行立体匹配，恢复三维信息，根据三维信息判断是否存在不均匀之处，若存在，获取该位置相应的高度和角度，控制喷涂机构运动至相应位置进行补涂。

进一步地，本领域技术人员可以理解，在基于厚度传感器所测厚度判断喷涂不均匀之处的基础上，本实施例还结合双目视觉技术获取喷涂不均匀位置，对于两种方式得到的位置均进行补涂，并在补涂过程中，基于测厚传感器实时监测厚度，达到该设定阈值时，该位置补涂结束。

所述的限位传感器采用基恩士pz-g强力光型光电传感器，检测距离为300mm，反应时间为500us，输入输出电路为pnp输出。所述的测距传感器16采用sick中程距离传感器dx35，测量范围50mm-12000mm可调，分辨率为0.1mm，输出可选4-20ma或0-10v输出。所述的测厚传感器采用基恩士il-600cmos激光位移传感器，从传感器探头起的测量范围是200mm-1000mm，测量距离为800mm。测量精度为50um，用于测量rtv喷涂前后传感器与绝缘子之间的距离，从而计算出rtv喷涂的厚度。

所述的步进电机选择为42系列及86系列步进电机，径向往复运动采用42系列步进电机，导程为5mm，行程为150mm；竖直方向运动采用86系列步进电机，导程为5mm，行程为750mm。所述的步进电机驱动器采用32细分步进电机驱动器，所述的步进电机编码器采用600线编码器。编码器采集步进电机的运动数据反馈为arm控制器，形成pid闭环控制。

所述的arm控制器采用stm32f407igt6芯片，电路设计了隔离输出输入、共模抑制电路、插拔式接线端子、采用步进电机插补算法进行步进电机各个轴的运动控制。

所述的无线接收器主要包括接收天线、无线接收控制器、无线接收数据电源线，所述的无线接收数据电源线主要包括dc24v+、dc24v-、rs-485a+、rs-485b-、gnd。

以上一个或多个实施例具有以下技术效果：

本发明的喷涂机构基于环抱机构进行周向移动，实现了绝缘子360°全方位喷涂，且喷涂机构能够沿环抱机构直径方向径向往复运动，即，喷涂过程中喷枪不断远离和靠近绝缘子，使得喷涂过程很好的模拟了人工喷涂，保证了绝缘子表面的全面覆盖，避免了漏涂现象；

本发明的喷涂机构设置了上下分布的两个喷枪，且喷枪的角度可调，使得喷涂系统灵活性更高，对于不同直径大小的绝缘子，可以通过调整喷涂机构相对于绝缘子的距离，以及两个喷枪之间的角度，来保证喷涂的质量；

本发明通过在支撑机构上下均设置限位传感器，以及在支撑机构底座上设置测距传感器，为环抱机构提供了双重保护，使其不能超出极限位置；

并且，测距传感器还实时测量了环抱机构的高度，与旋转角度相结合，可精准定位当前喷涂的位置，加上测厚传感器测得的涂层厚度，实现了喷涂厚度与绝缘子喷涂位置的一一对应，从而进行均匀性检测，保证了喷涂的均匀性。

本发明提出了融合深度学习、双目立体视觉及视觉伺服技术的控制方法，实现了基于三维图像语义的变电站绝缘子的实时识别定位及位置信息的获取，能够有效的识别喷涂不均匀部位并进行喷涂，保证了rtv喷涂的质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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。