一种用于X光检测的运动机械臂、机器人及其使用方法

一种用于x光检测的运动机械臂、机器人及其使用方法
技术领域
1.本发明涉及输变电设备智能运维技术领域，更具体地，涉及一种用于x光检测的运动机械臂、机器人及其使用方法。


背景技术：

2.随着电网建设的发展，变电站建设中使用气体绝缘全封闭组合电器(gasinsulated switchgear，简称gis)、罐式断路器等sf6电力设备的情况越来越多， gis内部任何缺陷和故障的存在都可能影响设备整体性能，可能影响到相邻设备的正常工作以及服务范围的正常用电，而大型电力设备gis、罐式断路器由于体形庞大、现场环境复杂等原因，一旦出现事故进行停电检修时就需要投入大量的人力、物力、财力和时间。gis的故障类型有sf6气体漏气、本体绝缘缺陷、断路器缺陷、隔离开关缺陷、操作结构缺陷和接地开关缺陷等，大部分严重事故，未能通过现有的检测手段在缺陷发展初期被发现，导致击穿、烧损等严重事故的发生，另外，部分运行时间较长的组合电器设备，如10年以上的老旧gis电力设备，进入了故障高发期，容易出现隔离刀闸分合闸不到位、结构移位、部件脱落、异物、部件裂纹等结构性缺陷。
3.gis x射线数字成像现场试验是检测gis内部机械绝缘缺陷隐患的一项新技术，能够在不停电、不解体的情况下，准确及时掌握设备内部机械结构状态信息，发现设备内部的机械结构缺陷，通过对电力设备进行多方位x射线透视成像，配合专用的图像处理与识别技术，实现其内部结构的“可视化”与运行状态的快速诊断，可极大地提高设备故障定位与判别的准确性，gis x射线数字成像不仅对x射线装置性能要求高，对检测人员综合能力、安全操作意识要求更高。
4.公开号为cn205175929u的专利提出一种组合式x射线智能无损检测移动平台，包括x射线发射器移动平台和平板探测器移动平台两大部分，两移动平台底部均为智能小车，并且两平台之间可通过信号传输线缆连接实现协同控制，使x射线发射器发射口快速对准平板探测器中心，移动平台的行走、伸缩结构的调节以及两平台之间的协同控制均可通过平台下部智能小车内的信号收发模块和中央处理器共同处理操控，提高了现场设备无损检测的效率和成功率，可明显节约时间和人力，但在两平台之间只能以相同的水平高度完成对gis水平罐体的检测，适用范围受限。
5.公开号为cn107024491a的专利提出一种x射线无损检测系统及其检测方法，包括检测终端、x射线机、x射线机车、数字成像板和成像板车，检测终端包括中央控制器、位置调节装置、显示装置和通信装置，通过设置在检测终端上的位置调节装置可以调节x射线机、x射线机车、数字成像板和成像板车的位置，但是必须使x射线机、待测设备和成像板在一条直线上，设置在检测终端上的图像采集模块才可以采集待测设备的x射线图像，图像分析模块才可将图像采集模块采集的x射线图像进行分析和计算，才能确定待测设备的缺陷和故障。
6.以上述专利为代表的电力设备x射线无损检测平台，均由两台小车组成，但由于
gis罐体布置形式包括高位水平、低位水平、竖直等不同形式、直径各异，因此上述专利公开的技术方案能够覆盖的检测范围有限，无法在现场应用中实现大范围检测。


技术实现要素：

7.为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于x光检测的运动机械臂、机械人及其使用方法，机械臂的升降、旋转能力能够适应gis设备上不同位置气室、不同直径气室的检测，能够大大降低现场检测人员的配置、缩短检测时间、提高检测效率，作业场合适用性更广，解决了人工检测费时费力、安全性差的问题。
8.本发明采用如下的技术方案。
9.一种用于x光检测的运动机械臂，包括x光机发射端、x光接收板、平台回转单元、平台升降单元、手臂回转单元、第一关节、大臂、第二关节、小臂、第三关节、发射端支架和接收板支架；平台回转单元位于机械臂的最下方，上方设有平台升降单元，平台升降单元的顶部侧方设有手臂回转单元，手臂回转单元另一端连接发射端支架和第一关节，发射端支架另一端套紧在x光机发射端上，手臂回转单元负载端的最末端通过第一关节连接大臂，大臂另一端通过第二关节连接小臂，小臂另一端通过第三关节连接接收板支架，接收板支架上设有x光接收板。
10.优选的，所述平台升降单元和所述平台回转单元为机械臂的主支架，平台回转单元能够带动所述平台升降单元进行360
°
旋转；所述平台升降单元采用多段式升降结构设计，升降柱外径从下至上依次减小，且不同段之间通过内部导向筒保证平台升降单元能够垂直升降。
11.优选的，所述手臂回转单元的驱动端与所述平台升降单元顶部一侧的回转机构相连接，所述手臂回转单元的负载端与所述发射端支架和所述第一关节相连；所述发射端支架两端设有开孔，所述手臂回转单元穿过一端开孔，所述x光机发射端上穿设在另一端开孔中，能够随所述手臂回转单元进行转动。
12.优选的，所述接收板支架上设有所述x光接收板，所述x光接收板与所述x光机发射端正对，通过调整所述第三关节旋转角度，保证x光照射图像成像在所述x光接收板的中心位置。
13.优选的，所述第一关节、第二关节和第三关节均为铰链关节。
14.本发明还提供一种用于x光检测机器人，包括如上所述的用于x光检测的运动机械臂，还包括移动底盘或基础平台；用于x光检测的运动机械臂通过平台回转单元与移动底盘或基础平台固定连接。
15.优选的，所述移动底盘为轮式底盘，或为履带式底盘，或轮腿式为底盘，或为腿足式底盘。
16.优选的，用于x光检测的运动机械臂的升降、旋转、检测，以及机器人的移动操作均可通过远程遥控实现。
17.本发明还提供一种用于x光检测的运动机械臂的使用方法，包括以下步骤：
18.调整手臂回转单元；
19.将用于x光检测的运动机械臂移动至被测气室一侧；
20.通过平台升降单元调整用于x光检测的运动机械臂至与被测气室相适应的高度；
21.完成x光机发射端与x光接收板之间的配准，对被测气室进行检测。
22.优选的，所述用于x光检测的运动机械臂的使用方法还包括机械臂的折叠操作，所述机械臂的折叠操作包括以下步骤：
23.将机械臂手臂回转单元旋转180
°
使x光机发射端和x光接收板位于机械臂下方；
24.第三关节向内屈曲，使x光接收板及接收板支架与小臂完成折叠；
25.第一关节向内侧屈曲，使大臂与手臂回转单元完成折叠；
26.第二关节向外屈曲，使第三关节向平台回转单元方向旋转，直至小臂为竖直状态，与平台升降单元完成折叠；
27.平台升降单元降至最低处。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
29.1)本发明中，通过机械臂搭载x射线dr成像系统的发射本体和接收板，整个机械臂处于同一平面内，通过简单关节调整即可完成x光机发射端与x光接收板之间的配准；
30.2)本发明中，对于高位、低位、竖直布置的gis气室可灵活采取不同的机械臂姿态，能够大大降低现场检测人员配置、缩短检测时间、提高检测效率，作业场合适用性更广；
31.3)本发明中，机械臂通过关节操作可大范围伸展，适用于大直径gis罐体的检测；
32.4)本发明中，机械臂通过简单的关节操作即可实现折叠，适合于多变电站共用一台机器人、需要整体运输的应用场合，节约运输成本，提高机器人利用效率。
附图说明
33.图1是本发明提供的一种用于x光检测的运动机械臂在展开状态下一个优选实施例的结构示意图；
34.图2是本发明提供的一种用于x光检测的运动机械臂在折叠状态下一个优选实施例的结构示意图；
35.图中附图标记说明如下：
36.1-x光机发射端；2-x光接收板；3-平台回转单元；4-平台升降单元；5-手臂回转单元；6-第一关节；7-大臂；8-第二关节；9-小臂；10-第三关节；11-发射端支架；12-接收板支架。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本技术所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
38.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。还需要理解的是，在上下文中，当提到一个元件或特征设置在另外(一个或多个)元件的“上”、“下”、“左”、“右”时，其不仅能够固定在另外
(一个或多个)元件“上”、“下”“左”、“右”，也可以通过中间元件间接固定在另外(一个或多个)元件“上”、“下”“左”、“右”。
39.除非另有规定或说明，术语“连接”、“设置”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接，或信号连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
40.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
41.下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
42.实施例1
43.如图1所示，一种用于x光检测的运动机械臂在展开状态下的结构示意图，包括x光机发射端1、x光接收板2、平台回转单元3、平台升降单元4、手臂回转单元5、第一关节6、大臂7、第二关节8、小臂9、第三关节10、发射端支架11和接收板支架12，平台升降单元4和平台回转单元3作为机械臂的主支架，采用一种内走线多节同步垂直升降回转设计，其中平台回转单元3位于用于x 光检测的运动机械臂的最下方，用于与底座进行连接，平台升降单元4的下端设置于平台回转单元3上，平台回转单元3能够带动平台升降单元4进行360
°
旋转，平台升降单元4采用多段式升降结构设计，升降柱外径从下至上依次减小，且不同段之间通过内部导向筒保证平台升降单元4能够垂直升降。
44.平台升降单元4的顶部一侧设有手臂回转单元5，手臂回转单元5为圆柱形，其驱动端连接固定在平台升降单元4顶部一侧的回转机构上，负载端连接有发射端支架11和第一关节6，发射端支架11两端设有开孔，所述手臂回转单元(5) 穿过一端开孔，所述x光机发射端(1)上穿设在另一端开孔中，x光机发射端 1能够随手臂回转单元5进行转动，同时机械强度能够承载x光机发射端1重量。
45.手臂回转单元5负载端的最末端通过第一关节6连接大臂7，通过第一关节 6旋转实现大臂7起落功能；大臂7另一端通过第二关节8连接小臂9，通过第二关节8旋转实现小臂9起落功能；小臂9另一端通过第三关节10连接接收板支架12，通过第三关节10旋转实现接收板支架12起落功能；用于x光检测的运动机械臂上各部件位于同一平面内，接收板支架12上有x光接收板2，x光接收板2与x光机发射端1正对，通过调整第三关节10旋转角度，可保证x 光照射图像成像在x光接收板2中心位置，x光接收板2为数字平板非晶硅型探测器，探测器有效成像范围为35
×
43cm，探测器像素间距为140μm。
46.用于x光检测的运动机械臂具有4个自由度，通过手臂回转单元5实现用于x光检测的运动机械臂回转，通过第一关节6、第二关节8和第三关节10实现用于x光检测的运动机械臂的弯折功能，第一关节6、第二关节8和第三关节 10均为铰链关节。
47.实施例2
48.以机械臂展开到如图1所示状态为例，介绍用于x光检测的运动机械臂对 gis不同部位进行检测的操作顺序。
49.一种优选但非限制性的实施方式，高位水平布置gis罐体的检测操作方法，包括以下步骤：
50.步骤1，将用于x光检测的运动机械臂移动至被测气室的下方；
51.步骤2，通过平台升降单元4调整用于x光检测的运动机械臂至与被测气室相适应的高度；
52.步骤3，完成x光机发射端与x光接收板之间的配准，由下向上移动到被测气室两侧进行检测；
53.其中，高位指罐体中心距地面高度超过2m，该操作适用于gis高位隔离开关、分支母线等气室的x光检测。
54.一种优选但非限制性的实施方式，低位水平布置gis罐体的检测操作方法，包括以下步骤：
55.步骤1，将用于x光检测的运动机械臂的手臂回转单元5旋转180
°
，使x 光机发射端1和x光接收板2调整至用于x光检测的运动机械臂的下方；
56.步骤2，将用于x光检测的运动机械臂移动至被测气室的上方；
57.步骤3，通过平台升降单元4调整用于x光检测的运动机械臂至与被测气室相适应的高度；
58.步骤4，完成x光机发射端与x光接收板之间的配准，由上向下移动到被测气室两侧进行检测；
59.其中，低位指罐体中心距地面高度小于1m，该操作适用于gis母线气室的 x光检测。
60.一种优选但非限制性的实施方式，以上两种操作均适用于罐体中心距地面高度大于1m小于2m水平布置gis罐体的x光检测。
61.一种优选但非限制性的实施方式，垂直布置gis罐体的检测操作方法，包括以下步骤：
62.步骤1，将用于x光检测的运动机械臂的手臂回转单元5旋转90
°
；
63.步骤2，平移调整用于x光检测的运动机械臂在下方的一定位置；
64.步骤3，通过平台升降单元4调整用于x光检测的运动机械臂至与被测气室相适应的高度；
65.步骤4，完成x光机发射端与x光接收板之间的配准，使用于x光检测的运动机械臂由侧方移动到被测气室两侧进行检测；
66.该操作适用于gis立式断路器气室的x光检测。
67.一种优选但非限制性的实施方式，大直径gis罐体的检测操作方法，包括以下步骤：
68.步骤1，调整手臂回转单元5，使发射端支架11方向与罐体方向相垂直；
69.步骤2，调整第一关节6和第二关节8，使大臂7与手臂回转单元5的夹角变大，大臂7与小臂9的夹角变大，用于x光检测的运动机械臂向外伸展，x 光机发射端1与x光接收板2之间距离变大；
70.步骤3，调整第三关节10，使x光接收板2方向与发射端支架11方向相平行，x光机发射端1与x光接收板2之间对齐配准；
71.步骤4，使用于x光检测的运动机械臂移动到被测气室两侧进行检测；
72.其中，大直径指罐体直径大于700mm。
73.一种优选但非限制性的实施方式，gis气室通常为圆柱形结构，直径范围在500-1000mm之间，该操作适用于不同直径gis母线气室的x光检测。
74.实施例3
75.以用于x光检测的运动机械臂展开到如图1所示状态为例，介绍机械臂折叠的操作顺序。
76.一种优选但非限制性的实施方式，机械臂的折叠操作方法，包括以下步骤：
77.步骤1，将用于x光检测的运动机械臂的手臂回转单元5旋转180
°
，使x 光机发射端1和x光接收板2位于用于x光检测的运动机械臂的下方；
78.步骤2，第三关节10向内屈曲，使x光接收板2及接收板支架12与小臂9 完成折叠；
79.步骤3，第一关节6向内侧即平台升降单元4侧屈曲，使大臂7与手臂回转单元5完成折叠；
80.步骤4，第二关节8向外屈曲，使第三关节10向平台回转单元3方向旋转，直至小臂9为竖直状态，与平台升降单元4完成折叠；
81.步骤5，平台升降单元4降至最低处；
82.用于x光检测的运动机械臂在折叠状态下的结构示意图如图2所示。
83.上述的用于x光检测的运动机械臂，其平台回转单元3可以固定在采用轮式、履带式、轮腿式、腿足式等多种方式中任一种的移动底盘上，形成用于gis 设备现场x光检测的机器人；也可以固定在基础平台上，形成用于制造厂内gis 设备x光检测的检测工位。
84.用于x光检测的运动机械臂的升降、旋转、检测，包括机器人的移动操作均可通过远程遥控实现，由于机械具备大范围多角度检测的特点，对于高位、低位、竖直气室可灵活采取不同的机械臂姿态，能够大大降低现场检测人员的配置、缩短检测时间以及提高检测效率，作业场合适用性更广，解决了人工检测费时费力、安全性差的问题。基于上述，所以本发明具有好的应用前景。
85.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
86.1)本发明中，通过机械臂搭载x射线dr成像系统的发射本体和接收板，整个机械臂处于同一平面内，通过简单关节调整即可完成x光机发射端与x光接收板之间的配准；
87.2)本发明中，对于高位、低位、竖直布置的gis气室可灵活采取不同的机械臂姿态，能够大大降低现场检测人员配置、缩短检测时间、提高检测效率，作业场合适用性更广；
88.3)本发明中，机械臂通过关节操作可大范围伸展，适用于大直径gis罐体的检测；
89.4)本发明中，机械臂通过简单的关节操作即可实现折叠，适合于多变电站共用一台机器人、需要整体运输的应用场合，节约运输成本，提高机器人利用效率。
90.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。