绝缘子串智能检测机器人系统的制作方法

专利名称：绝缘子串智能检测机器人系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种绝缘子串检测机器人系统，用于耐张塔绝缘子串的检测。
背景技术：
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。绝缘子是架空高压输电线路上用于导线与铁塔连接的绝缘元件，具有两个基本作用，即支撑和防止电流回地，这两个作用必须得到保证，绝缘子不应该由于环境和电负荷条件发生变化导致各种电应力而失效，否则绝缘子就不会产生所需的作用，会损害整条线路的使用和运行寿命。按照安装结构不同，绝缘子串可分垂直绝缘子串和水平绝缘子串，以及倾斜绝缘子串，当然，由于安装的需要，一般如垂直绝缘子串并不是绝对垂直，而是在竖直方向上一定角度范围之内都可以叫做垂直绝缘子串。显而易见的是，应用于垂直绝缘子串检测的机器人要克服地球引力，并且针对绝缘子串的结构特点进行攀爬，其基本结构特点是，绝缘子串有若干节组成，节间通常存在形体空间。用耐张绝缘子串悬挂导线或分裂导线的承受导线张力的杆塔称为耐张塔，是以基本水平的方向牵拉导线的塔架，当然由于重力的影响，不会绝对水平。这里所说的绝缘子串，在耐张塔上基本上就是水平绝缘子串。随着人性化作业推广的需要和智能机器人的发展，目前，越来越多的智能机器人应用于电力线路巡检或者设备检测上。在如中国第CN201331558Y号实用新型专利中，公开了一种具有双履带轮结构的绝缘子检测机器人，用于水平双联绝缘子串的检测，其通过履带跨越所述形体空间，并通过两边的阻挡装置进行行走方向的导向。不过显然诸如履带和轮式结构的机器人并不适合于垂直绝缘子串的检测，为了保证机器人能可靠运行，通常需要在辅助在行进方向的导向结构，结构比较复杂。另外显见的一点是，绝缘子串很多是瓷质件，表面非常光滑，很难使机器人获得良好的驱动环境。中国第CN202013392U号实用新型专利则公开了一种可用于垂直绝缘子串检测的机器人，包括对称设置的两个环形支架，两个环形支架上分别设置有爬行机构，两个爬行机构之间通过连接板连接；为适应在垂直绝缘子串上的攀爬，爬行机构包括对称设置的两个导轨，两个导轨上分别设置卡脚机构；而卡脚机构又包括滑动装置和摆动装置，滑动装置包括滑动设置在导轨上的卡脚滑块，摆动装置包括摆动键套，摆动键套通过轴承连接到卡脚滑块上，结构复杂；并且在实际使用中，需要一系列的运动相配合，不可避免的产生个运动环节的衔接问题，效率比较低。另外，其形体比较大，携带困难，而高压线路多在野外，不便于携带的缺陷会严重影响其实际使用的便捷性。中国第CN1165775C号发明专利则公开了一种具有可套设于绝缘子本体周边的环形支架的机器人，在该环形支架上设置爬行机构和检测探头，显然，由于绝缘子串两端连接，环形支架套装在绝缘子串上需要通过辅助结构进行配合，否则无法完成套装，该辅助的结构，如两节或者两节以上拼对口和的结构，造成了其自身结构的复杂性。另外，其仍然采用导轨式结构，并配合卡爪结构，体积仍然比较大，体形笨重而难以携带。同时，卡爪结构动作比较缓慢，检测效率比较低。通常，这类检测机器人需要在断电的情况下进行检测，影响线路的正常运运行。

发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种结构紧凑，移动速度快的用于耐张塔绝缘子串检测的机器人系统。一种绝缘子串智能检测机器人系统，用于水平耐张双联绝缘子串的检测，包括机器人运动系统和信息处理系统。所述的机器人运动系统部分包括:
机构连扳；
攀爬装置，至少设置在所述机构连扳在行进方向的一侧，且该攀爬装置具有前后各一组的攀爬臂；其中攀爬臂为中部连接有驱动轴并以驱动轴轴线为基准的轴对称杆件；
导向装置，用于导向于绝缘子串，设置在机构连扳的在行进方向的两侧，匹配待检测的双联绝缘子串；
检测设备，设置在所述机构连扳上；
控制单元，输出连接所述攀爬装置的驱动装置，以控制前后各一组攀爬臂间的转角差；
以及
人机控制终端，与所述控制单元通过无线通信单元进行通信连接，以遥控所述攀爬装置。依据本发明的上述绝缘子串智能检测机器人系统，采用攀爬臂驱动的结构形式，两对攀爬臂交替驱动，其运行速度取决于攀爬臂的转动速度，且该转动速度不会受到绝缘子自身结构的影响，可以因此获得所需要的检测速度。攀爬臂为杆件，结构相对比较简单，整体结构紧凑，方便携带，使其具有更广泛的使用范围。在进一步改进的方案中，上述绝缘子串智能检测机器人系统，当所述攀爬装置设置在所述机构连扳在行进方向的一侧时，或者仅在一侧设置攀爬装置，结构更加紧凑，所述导向装置则包括设置在所述攀爬装置下侧的第一导向部分，可以进一步的简化结构。上述绝缘子串智能检测机器人系统，所述第一导向部分包括在待检测绝缘子串周向呈等腰梯形排布的四条雪橇，整体形成V型槽结构，匹配绝缘子串等效圆柱面，具有可靠的导向性能，且雪橇滑板面长度大于绝缘子串一倍节距而小于三倍节距，从而，在满足正常使用的情况下，所短接的绝缘子比较少。进一步地，关于绝缘子串智能检测机器人系统，所述雪橇滑板长度为绝缘子串两倍节距，在满足结构紧凑的同时，保证运行的可靠性。进而，如前所述的所形成的V型槽结构，对于上述的绝缘子串智能检测机器人，可进一步选的是，绝缘子串与所述导向部分相接合的部分小于等于180度并大于等于120度，且导向部分为以竖直面为为基准的面对称结构，形成两边约束匹配重力作用的形式形成可靠的导向和位置约束作用。优选地，每组攀爬臂有两个攀爬臂，两攀爬臂以竖直面为基准面对称布局，在绝缘子串的书对称平面两边分布，形成有向内的且平衡的一对挤压力，在获得前进动力的同时，形成有自身的导向作用。而连接前后攀爬臂的架体为具有伸缩结构的架体，实现了攀爬机构双转轴、绝缘子双串间距的适应性设计，从而解决了绝缘子串检测机器人在不同电压等级、不同线路上的使用。进一步地，上述绝缘子串智能检测机器人系统，两组攀爬臂之一配置有用于检测攀爬臂转角的传感器，以反馈控制该攀爬臂的转速，以使攀爬装置运行更加平稳。优选地，上述绝缘子串智能检测机器人系统，为了使攀爬臂运行更平稳且可靠，所述传感器有一对，用于攀爬臂周向的位置反馈，从而把攀爬臂的轴向分成两个区间，以反馈控制该组攀爬臂在不同区间的速度匹配，另一组攀爬臂则匀速控制。优选地，上述绝缘子串智能检测机器人系统，两组攀爬臂间转角差通过电机差速运动控制或所述控制单元直接输出的延时运动控制，以使前后两组攀爬臂的转角差在90度附近预定区间内变化，保证驱动的可靠性。一种优选的结构，上述绝缘子串智能检测机器人系统，所述检测设备包括检测议类检测设备和用于检测绝缘子电阻的检测装置，其中，检测装置包括通过同步连杆连接的一对探针，驱动所述同步连杆以使所述探针摆动的舵机。优选地，上述绝缘子串智能检测机器人系统，为了更方便的控制机器人，还包括连接于所述控制单元的可见光摄像机，并配置有图像处理单元，以识别绝缘子串的边缘位置信息，输出控制所述攀爬装置在绝缘子串上的位置。从而，在对边缘信息位置检测时，检测机器人可根据绝缘子检测机器人在绝缘子串上的停靠，通过所携带的可见光摄像机抓取设备图像，并对设备图像进行图 像处理和模式识别，识别出绝缘子串的边缘位置信息，从而实现绝缘子串检测机器人在绝缘子串上边缘位置信息的确定。上述绝缘子串智能检测机器人，其改进之处重点体现在载具上，当载具满足在耐张塔绝缘子串上运行可靠的条件时，显见的是所述检测设备可以据此配置诸多可用的检测设备。依据上述方案，为更清楚的理解上述方案，结合较佳的实施例，进一步的选择可匹配以下优点:
1、本体部分前后安装电机轴的支撑座与支撑架采用可调节伸缩结构设计，可以适应结构高度不同的绝缘子串；
2、本体结构部分支架臂采用可调节伸缩结构和易更换结构设计，以适应结构高度和盘径不同的绝缘子串；
3、采用智能控制系统设计，以提高前后不同方向运行适应性；
4、采用无线监控技术，采用手持终端远程控制机器人本体操作；
5、采用远程图像管理技术，将机器人本体视频采集信息通过终端视频播放设备，同步观察机器人运动状态视频及绝缘子片图像信息；
6、采用模式识别技术，通过分析检测机器人运动采集的绝缘子图像信息，分析确定检测机器人在绝缘子串上相对位置；
7、边缘检测技术，采用超声传感器、光电传感器、模式识别技术相结合的传感器融合技术，确定绝缘子串上的边缘位置信息；
8、同步检测技术，检测机器人采用同向运行，双串同时检测方式，检测绝缘子片信息；
9、可携带绝缘子阻值检测设备或分布电压检测设备或磁场分布检测设备进行检测。下面结合说明书附图详述本发明的技术方案，使本领域的技术人员更好的理解本发明。


图1为依据本发明的一种绝缘子串智能检测机器人的结构示意图。图2为一种检测装置的结构示意图。图3为一种攀爬装置的结构示意图。图4为无线通讯模块的原理框图。图5为绝缘子串检测机器人控制系统原理框图。图6为绝缘子串检测机器人结构布局图。图7为绝缘子串检测机器人功能布局图。图8为绝缘子串检测机器人运动控制流程图。图9为绝缘子串检测机器人初始化流程图。图10绝缘子串检测机器人与后台控制系统的交互步骤。图11电气系统控制框图。图中:1.检测仪，2.机构连板，3.电源，4.转接块，5.攀爬装置，6.防护罩，7.通讯天线，8.检测装置，9.辅助支撑雪橇，10.超声及光电传感器，11辅助连接台，12微型可见摄像机；
21.同步连杆，22.支撑固定座，23.舵机座，24.舵机，25.探针连杆，26.探针，27.舵机连杆，28.检测连杆；
41.电机轴，42.滚轮，43.支撑座，44.轴承端盖，45.轴端盖，46.支撑架，47.电机，48.限位开关，49.限位座，50.攀爬臂，51.定位台，52.大齿轮，53.小齿轮，54.电机座，55.支臂架，56.轴承；
61远程遥控器智能MCU，62代表遥控器电源系统，63代表远程遥控器显示部分，64代表远程遥控器存储部分，65代表无线W1-Fi模块，66代表中央控制主控MCU，67代表检测模块，68代表运动驱动模块，69代表系统指示及报警系统；
71代表中央控制单元,72代表信息采集模块,73代表运动驱动器
I,74代表运动驱动器II 代表速度反馈编码器I M代表速度反馈编码器II W代表无线信号接收模块，78代表检测仪触发控制模块，Ml代表直流电机I，M2代表直流电机II。
具体实施例方式应当理解，本文中所涉及重点在于对载具所提出的改进，对其中所涉及的如图1中所示的检测仪I和检测装置8，作为载具上的搭载品，在满足平台对应可靠性的情况下，本领域的技术人员应知其搭载方式，因此，在本文中，对载具做相对简要的说明，本领域的技术人员依据本领域相关技术容易确知。同时应当理解，这里的机器人系统是典型的机电产品，包括机械部分和控制部分，其中控制部分也可以叫做电气部分。应知，本文中，如导向装置，分居于机构连扳2两侧，但并不必然表示两侧的导向部分采用同样原理、同样的结构，更不必然表示绝对对称。应知，在本文中，如机构连扳2，其作用是作为搭载物的搭载平台，并不必然表示其是板型件，因此，本文中，所使用术语主要用于特定目的和所要解决技术问题的表达，不为其名称所直接限定。在一些实施例中，如图1所示的一种绝缘子串智能检测机器人系统的机械部分，用于水平耐张双联绝缘子串的检测，其包括:
机构连扳2，用作载具和连接机体，且如图1所示，对于双联绝缘子串，载具最好分布在带绝缘子串(图中双联的依次串联的伞状物)中间的空隙里，保证重心落入两绝缘子串中间，运行稳定性比较好。需要注意的是在结构上表现为，机构连扳2的宽度受到双联绝缘子串之间空间的约束，但并非是绝对约束，如图1所示，机构连扳2受到机器人其他部分的顶托而使主体结构位于双联绝缘子串的上方。采用绝缘子双串同步检测技术，消除了绝缘子串位置偏差对检测造成的影响，提高检测机器人作业效率和零值绝缘子检测准确性。机器人配置攀爬装置5，为载具提供驱动力，配置有两种基本方式，在一些实施例中，使用设置在所述机构连扳在行进方向的一侧的单边驱动方式，如图1和3所示，图中攀爬装置5通过支撑架46与机构连扳2相连，单边驱动方式结构简单，且能够通过如该攀爬装置具有前后各一组的攀爬臂50的结构形式，平衡因单边驱动所产生的转矩，保证攀爬装置能够可靠运行。在另一些实施例中，可以采用双边驱动的方式，也就是加以对称的在机构连扳2的另一边也设置攀爬装置，这种结构驱动性能比较好，但结构相对比较复杂，且需要保证两边驱动的同步性。显见的是，为了满足持续的驱动，两组攀爬臂在攀爬时始终有一组作用于一绝缘子，在结构上更具体的表现为，前后攀爬臂50的中心距需要满足绝缘子串节距和绝缘子外部轮廓，本领域的技术人员据此容易计算。而在进一步的应用中，可以把攀爬装置配置成前后可调的结构形式，形成攀爬臂中心距可调的结构，如图3所示的支撑架46与前后电机轴41的机架间通过可调连接结构连接，比如支撑架46为套，所说的机架为轴套配合的轴，通过如顶紧螺钉实现轴套活动连接的约束，形成可调的结构形式，从而，满足各种节距和外部轮廓的绝缘子的检测。在一些实施例中，如图3所示，攀爬臂50为正交连接于驱动轴并以驱动轴轴线为基准的轴对称杆件，如图3所示，电机轴41位连接机体，攀爬臂50的中部连接在电机轴上而被驱动。在另一些实施例中，攀爬臂50与驱动轴，如与图3中所示的电机轴41间未必采用正交结构，以电机轴41为连接基础，向外辐射的攀爬臂可以偏折一定的角度，以匹配如图3所示的相对的左右一对滚轮42之间的距离。关于驱动，主要是电机轴41的驱动，其结构相对简单，在此不再赘述。只是如图3所示，前后各一组的攀爬臂都配置有独立的电机47驱动的方式，同步性保证需要附加其他的控制模式，在另一些实施例中，可以通过同步结构进行同步控制，比如齿轮传动，且如齿轮传动的结构形式，可以保证前后两组的攀爬装置具有相对固定的转角，更加容易保证驱动力的持续性，当然，如图3所示的独立电机驱动的结构，也非常容易调整其转角，本领域的技术人员是非常容理解的。同时，应知，在现有的机器人的驱动方式中，普遍采用前后同步驱动的方式，本文在下文中会给出不同的驱动方式下不同的硬件配置。因此，可以理解的是，在这里同步驱动是一种选择，而另一种选择则是不同步驱动，但同时应当理解，在周转周期上，前后一对攀爬臂是同步的，而在一个周期内则不一定是同步的。其中，控制单元，如图5所示的中央控制单元71输出连接匹配所述电机轴41的电机，以控制攀爬臂的工作状态，一种最简单的选择是前馈控制，结构简单，为了保证控制精度，如图5所示，最好采用闭环控制。即便是前馈控制，只要合理设置传动部分，仍然可以实现所需要的速度匹配。作为梗概性说明，包括人界控制终端在这里仅简略说明，在后续的内容中进行详细说明，在绝缘子串检测机器人领域，普遍都设置控制单元和人机控制终端，显然，在基本配置上，本领域的技术人员不需要付出创造性劳动而完成相应的配置。对于此类机器人，应当配置可靠的导向装置，用于导向于绝缘子串，在图1所示的结构中，匹配双联绝缘子串，导向装置设置在机构连扳的在行进方向的两侧，对此，本文本部分第二段已经有选择的相关说明，在一些实施例中，会采用如图1所示的结构对置相同的导向装置，如图1所示的辅助支撑雪橇9。关于检测设备，设置在所述机构连扳上，依据匹配的功能检测，搭载相应的检测设备即可。当所述攀爬装置5设置在所述机构连扳在行进方向的一侧时，所述导向装置则包括设置在所述攀爬装置5下侧的第一导向部分，如图1所示，一组辅助支撑雪橇9设置在攀爬装置5的下侧。应知，在本文中所适用的绝缘子串中，机器人是靠重力附着在绝缘子串的上方，因此，在运行稳定性方面需要考虑的是重心和左右平衡的问题。当然，只要重心落在双联的绝缘子串的中间，其平衡问题通常不会有问题，只是重心越偏一侧，稳定性就越差，但由于攀爬装置5位于的一侧虽然重量大，但由于攀爬时产生支反力会有一定的抵消作用。况且，攀爬装置设置在较重的一侧，驱动时更易取力。关于如图1所示的辅助支撑雪橇9，形成一种半包围结构，能够形成可靠的约束，显然在一侧设置如图1所示的辅助支撑雪橇9时，另一侧可以设置一个相对简单的导向部分，如一个滑板，或者单一的一个雪橇，该雪橇对应地位于本侧绝缘子串的上母线侧，也可以在本侧的绝缘子串的外侧，显然也都能够起到很好的支撑作用，其导向作用可以处于次要地位，而着重于支撑作用，以简化结构。进一步地，关于前述的祝福支撑雪橇9的所说的半包围结构，如图1所示，所述第一导向部分包括在待检测绝缘子串周向呈等腰梯形排布的四条雪橇，且雪橇滑板面长度大于绝缘子串一倍节距而小于三倍节距，以满足可靠的运行，雪橇采用双端翘曲结构，满足在前后移动式的导向。
雪橇可以刚性连接，保持如图1所示的结构，也可以通过弹性部分附加中部铰链连接的结构形式，使雪橇具有前后俯仰的功能，对应地，弹性部分如弹簧连接在雪橇铰接点的前后一侧，形成复位结构，在雪橇较短时，如一倍节距，通过自适应的俯仰控制保证机器人的可靠运行。应理解的是，刚性连接也能够形成可靠运行，且运行稳定性更好。为满足运行的平稳性，显然，两倍节距可以保证雪橇在任何阶段都有两个点支撑在两个绝缘子的外缘，稳定性可以获得保证。且结构也比较紧凑，仅同时短接两个绝缘子。而大于一倍节距而小于两倍节距时，雪橇最多端接两个绝缘子。显然，大于两倍节距并小于三倍节距时的运行稳定性更好，只是结构稍长，但大多数时间段内，也仅端接两个绝缘子。关于半包围结构，若雪橇间的连接件有足够的弹性形变的能力，所说的半包围可以大于180度，如使用弹簧片用于同侧雪橇之间的连接，这样，可以获得更好的运行可靠性，震动小，对所搭载的电子设备的影响相对较小。为方便使用，绝缘子串与所述导向部分相接合的部分小于等于180度并大于等于120度，且导向部分为以竖直面为为基准的面对称结构，形成可靠的夹持定位。进一步地，为了满足驱动的可靠性，每组攀爬臂50有两个攀爬臂，两攀爬臂以竖直面为基准面对称布局，从而，驱动装置本身就具有一定的导向作用。优选地，两组攀爬臂50同步驱动，且每组攀爬臂通过电机轴41串接而同步驱动，如图3所示。优选地，为了减小对绝缘子的损伤，攀爬臂的端部位球面结构，或者采用如图3所示的滚轮42，变滑动摩擦为滚动摩擦。进一步地，为了更好的控制机器人的运行，在一电机轴上设有位置检测传感器，或两电机轴上同时设有位置检测传感器。关于位置检测传感器，可以采用小型的编码器，还可以对于并精确的检测，采用如在机架设置限位开关48，而在攀爬臂50上设置定位台51，通过两者的在预定相位的相互作用产生位置的上的检测。在一些实施例中，两组攀爬臂50间转角差为90度，以获得合理的持续的驱动力。进一步，为了适应绝缘子片的不同类型，两组攀爬臂50间转角差可通过电机47差速运动控制调节、或延时运动控制调节，使两组攀爬臂50间转角差在90度附近调整，以获得更加顺畅的驱动形式。如在绝缘子串智能检测机器人沿绝缘子串运动方向正向移动时，两组攀爬臂50间转角差为90度附近一定值，所述定值需根据实际绝缘子串设定，当在绝缘子串智能检测机器人沿绝缘子串运动方向逆向移动时，通过电机47差速运动控制调节、或延时运动控制调节，使两组攀爬臂50间转角差在90度附近附近另一定值，本领域专业技术人员很容易理解是为简化描述所定。再如在绝缘子串智能检测机器人在绝缘子串运动时，根据绝绝缘子串线路情况，两组攀爬臂50间转角差通过电机47差速运动控制调节、或延时运动控制调节90度附近定值，这种运动方式驱动性能比较好，但控制相对比较复杂，且需要实施调整攀爬臂50运动的同步性。在更佳的实施例中，经过长期的研究，发明人提出一种更好的控制方式，加以匹配的硬件配置是两组攀爬臂50之一配置有用于检测攀爬臂转角的传感器，以反馈控制该攀爬臂的转速，从而，没有配置传感器的攀爬臂匀速控制，配置有传感器的攀爬臂基于所述传感器可以采用另一种控制方式。
关于传感器，可以是独立的一个编码器，结构安装紧凑，但成本较高。另一种方式则是选择两个形位开关性质的传感器，成本低，结构简单，并且在所说的另一种方式中，只需要位置控制。显然，前述的编码器通过转角的采集，可以准确的确定所说的位置。借助于传感器，采用双臂交替联动攀爬技术，解决了架空输电线路均压环对绝缘子串机器人高度的限制，实现了绝缘子整串检测状态完整性。关于搭载的检测设备，前面已经部分述及，这里重点说明搭载设备在机构连扳2上的安装，以降低重心，并使载荷尽可能的分布均匀。如图1所示，检测设备包括设置在机构连扳2上侧检测仪I和下侧的用于检测绝缘子电阻的检测装置8，由于检测装置8是活动部件，安装在机构连扳2的下侧可以在其活动时稳定性更好。为避免掣肘，如机器人上的电源3可以设置在机构连扳2的上侧。关于检测装置，如图1和2所示，一对探针26悬垂，通过正交连接探针根部的同步连杆21的驱动形成摆动结构，使用时，可以向前进方向的任意一侧摆动，完成摆动侧的绝缘子的检测。检测装置通过构成其机架的支撑固定座22连接在机构连扳2的下侧，一舵机24可以直连所述同步连杆21，也可以通过舵机连杆27连接到一探针26上形成四杆机构进行驱动。进一步地，为了 简化模型，在涉及同步传动时，本文以齿轮形式带动电机轴41旋转，如图1所示，电机47通过大齿轮52和小齿轮53构成的单极齿轮实现传动，此方式仅为运动传递的一种，与其具有相同效果的同步带传动、软轴传动、链条传动并以相应传动方式
扩展的传动结构本文不在--图示，但均在本专利保护范围。同时，驱动电机安装方式亦可
通过中间电机轴带动两端传动轴运动，或同时通过两个电机分别驱动两端电机轴轴，其运动效果与本文描述相同，其通过中间电机轴轴带动、或同时通过两个电机分别驱动两端驱动轴均在本文描述、保护范围内。再进一步的应用中，为了保证机器人的可靠运行，可以辅助基于激光、超声、视觉等多传感器，融合相应的检测数据实现了对绝缘子机器人防跌落预警控制。在以下的内容中，则重点描述区域于现有技术的控制方式机器硬件配置，首先描述基本构成:
如图4所示的无线通信模块原理图，用于所述人机控制终端与机器人侧的通信，其包
括:
无线通讯模块，如图4所示的无线W1-Fi模块，在控制端包括控制单元，连接该控制单元的存储器和显示器，接收端或者受控端则是用于控制通信的通信控制单元，无线通信模块基于双工通信模式。上述无线通讯模块，所述控制单元为如图4所示的远程控制器智能MCU61，也可以采用其他的嵌入式控制器。上述无线通讯模块，控制端配有独立的电源，以保证运行的稳定性。另外，由于在大多数情况下，人机控制终端需要便携，那么所说的电源可以是机载蓄电池，如图4所示的遥控器电源系统62，还可以是如背负式的外接蓄电池。受控端，中央控制主控MCU66可以直接连接运动驱动模块68进行手动控制，并配置检测模块67，用于绝缘子的检测。当然，这里的中央控制主控MCU主要用于通信，可配置通信指示的指示及报警系统69。
上述无线通讯模块，所述控制端也可以设置报警系统。在图5中，则是机器人端，或者说受控端的控制系统:
其中，无线信号接收模块77接收来上位机或者遥控器的控制命令，将控制命令传递给
中央控制单元71，中央控制单元71通过对控制命令的接解析，通过运动驱动器I ‘ 3和运动驱动器II (4分别驱动直流电机Ml和直流电机M2，同时，中央控制单元接收来自速度反馈编
码器I 75和速度反馈编码器11 ‘ b反馈的速度信息，通过经典PID算法，实现双轴电机速度闭
环控制。在以上的结构中，两台直流电机匹配前后的各一个电机轴41，基于前后电机轴41的匹配控制，进行前后攀爬臂的转角差控制以及各自的速度控制。为了保证攀爬效果，克服绝缘子串安装误差较大的不利因素，中央控制单元71接收来自信息采集模块反馈的位置信息，通过对机器人位置的判断，实现单轴电机位置闭环控制，以达到双轴角度矫正的目的，从而保证攀爬稳定。再进一步涉及到的方案中，还包括图像处理系统:
在对边缘信息位置检测时，检测机器人可根据绝缘子检测机器人在绝缘子串上的停靠，通过所携带的可见光摄像机抓取设备图像，并对设备图像进行图像处理和模式识别，识别出绝缘子串的边缘位置信息，从而实现绝缘子串检测机器人在绝缘子串上边缘位置信息的确定。依据如图1至3所示的较佳的实施例的绝缘子串智能检测机器人，并结合说明书附图8-10，一种检测方法是:
耐张塔绝缘子智能检测机器人经工作人员放置至绝缘子串上后，如图1所示，形成检测置位。通过所搭载的控制器中无线通信模块接收工作人员的控制指令，恢复到运动初始位置。其初始位置特点为前端驱动支架为竖直状态，并同时插入相邻同串绝缘件子间空处，后侧驱动支架为水平状态。这种水平与竖直关系所形成的正交状态是一种初始状态，如前所述，所说的转角差在90度附近，未必采用90度，本文不涉及具体角度的设计，在此不再赘述，本文提出采用位置控制的硬件配置，以获得更佳的控制方法。基于可见光摄像头、红外摄像头，可以基于多尺度Retinex (MSR)算法模式识别的绝缘子串状态检测技术，解决了由于强光户外环境下识别难的问题，实现了对绝缘子片外观完整性检测及绝缘子串的线路端和杆塔端极限位置的辨别。具体动作为，电机47转动带动电机轴41旋转，具体说通过小齿轮53大齿轮52间的啮合运动带动电机轴41旋转；进一步，当前端插入相邻绝缘子内的滚轮42与其后侧绝缘子相接触时，必然产生一向前推力，显然，绝缘子串智能检测机器人在绝缘子放置时，其辅助支撑雪橇9与绝缘子相互作用，使其只能在绝缘子上做单向运动，具体地，由于前端插入相邻绝缘子内的滚轮42与其后侧绝缘子相接触时，必然绝缘子串智能检测机器人向前运动，同时当前端插入相邻绝缘子内的滚轮42与其后侧绝缘子相接触将要结束时，后端相应位置的驱动轮必然与其后侧绝缘子相接触，进一步，完成上述运动过程；很明显通过驱动电机运动，必然带动绝缘子串智能检测机器人向前运动；相反，当电机47接收反方向运动命令，同样使其绝缘子串智能检测机器人通过完成上述运动，进而使绝缘子串智能检测机器人完成向后行走运动。进一步，当绝缘子串智能巡检机器人运动到指定位置，通过检测装置动作，完成绝缘子相关信息检测。如图11，设计中使电机轴a初始位置检测传感器安装位置与电机轴b初始位置检测传感器安装位置在空间坐标系中夹角成90°，电机轴b启动低速转动位置传感器安装和电机轴b启动高速转动位置传感器安装成平行状态均与X轴成锐角α角。在此处为区分前后电机轴，在此用a、b简单区分。在一些实施例中，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转动到使得攀爬臂成90°角夹角初始状态，在初始状态上由所述电气控制系统控制电机轴b转动到电机轴b启动低速转动位置传感器；此处低速转动位置传感器匹配下面的高速转动位置传感器，用于高低速转换的临界控制；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)°，所述电气控制系统采用经典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经典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上的攀爬臂成锐角(90- α ) °和钝角(90+ α ) °交替运行。不过，这种控制方式同样会使机器人出现运行事故。因此单纯的改变电机轴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。在较佳的实施例中，给出的是所述电气控制系统控制电机轴a以角速度V匀速转动，通过改变电机轴b的旋转角速度，将原来同样以电机轴a角速度V匀转动旋转区域划分为快慢两个角速度转速旋转的两个区域，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慢角速度区和快角速度区的运行角度分别为(90-α ) °和(90+α) °。因为电机轴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+α ) /ν,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;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-α )/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 ) *v。电气控制系统接收到启动电机轴b低速传感器信号有效信息时电气控制系统通过经典Pid控制算法，使得电机轴b转动角度始终是vl匀速转动；所述电气控制系统接收到启动电机轴b快速传感器信号有效信息时电气控制系统通过经典pid控制算法，使得电机轴b转动角度始终是v2匀速转动，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可以通过调整角度α增强运行适应性能和运行的流畅。如图10所示的控制方式，在一般的机器人远程控制中较多的使用，而对于步骤4中的机器人抓图、识别当前设备则是发明人提出的辅助控制机器人的方式。说明书附图8-10已经清楚地示出了机器人的控制方式，在此不再赘述。另外，如图3所示的结构，支撑座43，阵列有一组通孔，支撑架46选择不同的通孔进行连接，从而实现前后电机轴之间的间距调整。在一些实施例中，可以仅在如支撑架46上开有螺纹孔，支撑座43为板件，通过配合于所述螺纹孔的顶紧螺钉锁死支撑座，则可以实现无级调整。在一些实施例中，还可以通过轴套配合的结构进行前后的调整。在又一些实施例中，可以采用丝杠丝母结构进行两电机轴间距的调整，其中丝杠固定设置，丝母载有一套电机轴，做成母套结构。应当理解，结合说明书附图对本发明的具体实施方式
作出的描述，为对本发明请求保护的范围的支持性方案，不应对其保护范围构成具体限制，所属领域的技术人员应当理解，在本发明所公开技术方案的基础上，结合现有技术以及本文公开的技术内容基于同样技术问题，采用基本相同的技术手段，达到基本相同的技术效果，不需要本领域技术人员付出创造性劳动的简单修改、替换或者变形仍应落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种绝缘子串智能检测机器人系统，用于水平耐张双联绝缘子串的检测，其特征在于，包括: 机构连扳(2)； 攀爬装置(5 )，至少设置在所述机构连扳在行进方向的一侧，且该攀爬装置具有前后各一组的攀爬臂(50);其中攀爬臂为中部连接有驱动轴并以驱动轴轴线为基准的轴对称杆件； 导向装置，用于导向于绝缘子串，设置在机构连扳的在行进方向的两侧，匹配待检测的双联绝缘子串； 检测设备，设置在所述机构连扳上； 控制单元，输出连接所述攀爬装置(5)的驱动装置，以控制前后各一组攀爬臂间的转角差；以及 人机控制终端，与所述控制单元通过无线通信单元进行通信连接，以遥控所述攀爬装置。
2.根据权利要求1所述的绝缘子串智能检测机器人系统，其特征在于，当所述攀爬装置(5)设置在所述机构连扳在行进方向的一侧时，所述导向装置则包括设置在所述攀爬装置(5)下侧的第一导向部分。
3.根据权利要求2所述的绝缘子串智能检测机器人系统，其特征在于，所述第一导向部分包括在待检测绝缘子串周向呈等腰梯形排布的四条雪橇，且雪橇滑板面长度大于绝缘子串一倍节距而小于三倍节距。
4.根据权利要求4所述的 绝缘子串智能检测机器人系统，其特征在于，绝缘子串与所述导向部分相接合的部分小于等于180度并大于等于120度，且导向部分为以竖直面为为基准的面对称结构。
5.根据权利要求1所述的绝缘子串智能检测机器人系统，其特征在于，每组攀爬臂(50)有两个攀爬臂，两攀爬臂以竖直面为基准面对称布局；连接前后攀爬臂的架体为具有伸缩结构的架体。
6.根据权利要求1至5任一所述的绝缘子串智能检测机器人系统，其特征在于，两组攀爬臂(50)之一配置有用于检测攀爬臂转角的传感器，以反馈控制该攀爬臂的转速。
7.根据权利要求6所述的绝缘子串智能检测机器人系统，其特征在于，所述传感器有一对，用于攀爬臂周向的位置反馈，从而把攀爬臂的轴向分成两个区间，以反馈控制该组攀爬臂在不同区间的速度匹配，另一组攀爬臂则匀速控制。
8.根据权利要求7所述的所述的绝缘子串智能检测机器人系统，其特征在于，两组攀爬臂(50)间转角差通过电机(47)差速运动控制或所述控制单元直接输出的延时运动控制，以使前后两组攀爬臂的转角差在90度附近预定区间内变化。
9.根据权利要求1所述的绝缘子串智能检测机器人系统，其特征在于，所述检测设备包括检测议类检测设备和用于检测绝缘子电阻的检测装置(8)，其中，检测装置包括通过同步连杆(21)连接的一对探针(26 )，驱动所述同步连杆(21)以使所述探针摆动的舵机(24 )。
10.根据权利要求1所述的绝缘子串智能检测机器人系统，其特征在于，还包括连接于所述控制单元的可见光摄像机，并配置有图像处理单元，以识别绝缘子串的边缘位置信息，输出控制所述攀 爬装置在绝缘子串上的位置。
全文摘要
本发明公开了一种绝缘子串智能检测机器人系统，用于水平耐张双联绝缘子串的检测，包括机器人运动系统和信息处理系统。所述的机器人运动系统部分包括机构连扳；攀爬装置；导向装置，用于导向于绝缘子串，设置在机构连扳的在行进方向的两侧，匹配待检测的双联绝缘子串；检测设备，设置在所述机构连扳上；控制单元，输出连接所述攀爬装置的驱动装置，以控制前后各一组攀爬臂间的转角差；以及人机控制终端，与所述控制单元通过无线通信单元进行通信连接，以遥控所述攀爬装置。依据本发明的机器人系统结构紧凑，移动速度快。
文档编号G01R1/00GK103091579SQ201310010428
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者韩磊, 曹涛, 付崇光, 赵德利, 张永生, 孙大庆, 李红玉 申请人:山东鲁能智能技术有限公司