CN104998850B - 变电站带电水冲洗机器人系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了变电站带电水冲洗机器人系统及方法，主冲洗机器人、辅助冲洗机器人、纯水制备装置；所述主冲洗机器人和辅助冲洗机器人分别与纯水制备装置通过高压管路连接；主冲洗机器人包括车体移动机构、升降机构和水枪冲洗机构；所述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台相连，升降机构的回转平台上安装有多节多级伸缩臂，所述多节多级伸缩臂通过调平油缸与水枪冲洗机构连接；该装置利用机器人代替人工完成变电站绝缘子冲洗作业，使操作人员位于安全区域内，保障了操作人员的安全，降低的劳动强度，提高冲洗效率和自动化水平。

Description

变电站带电水冲洗机器人系统及方法

技术领域

本发明涉及一种变电站带电水冲洗机器人系统及方法。

背景技术

变电站绝缘子长时间暴露在外界环境中，表面易沉积污垢，这些污垢受恶劣天气侵害容易发生污闪事故。绝缘子带电水冲洗作业可以提高供电的可靠性，减少停电损失，保证变电站及输电线路的安全。在现阶段的变电站绝缘子冲洗作业主要存在以下缺点：

1、冲洗方式大多是由清洗技术人员手持冲洗设备进入现场进行作业，人工冲洗不仅依赖于天气情况，还需要清洗人员具备较高技术水平及熟练的操作流程，对绝缘子进行带电水冲洗时需要高规格的安全防护，以避免短路电流造成的安全事故，引发人员伤亡，这类作业方式存在安全隐患。

2、人工作业面临着劳动强度大，效率低，自动化水平低等诸多问题；带电水冲洗技术要求较高，受环境、积污情况、设备爬距、设备布置方式等多种因素影响，人工冲洗时容易发生设备闪络。

3、考虑到带电水冲洗作业受到冲洗角度、水压等多方面的影响，人工作业有时不能把设备外绝缘表面的污秽物完全冲走。对于特殊地理位置的绝缘子，采用单独的水冲洗机器人也存在无法保证对变电站绝缘子进行全方位有效冲洗的问题，因此，需要辅助冲洗设备与主冲洗机器人进行配合工作，才能实现对绝缘子各个位置的有效冲洗。

4、现有的水冲洗设备自动化程度不高、效率低、能耗大、存在着很大的安全隐患。且现有水冲洗设备不具备纯水制备功能，需要配套专门的纯水制备装置，设备占地面大，在场地空间较小的环境下，不能够实现灵活的控制；或者纯水制备能力较差，导致冲洗作业时存在安全隐患。

因此利用更安全和效率更高的机器人代替人工对变电站绝缘子进行水冲洗作业是非常有必要的，是符合时代发展要求的。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了变电站带电水冲洗机器人系统及方法，该装置利用机器人代替人工完成变电站绝缘子冲洗作业，使操作人员位于安全区域内，保障了操作人员的安全，降低的劳动强度，提高冲洗效率和自动化水平。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种变电站带电水冲洗机器人系统，包括：主冲洗机器人、辅助冲洗机器人、纯水制备装置；所述主冲洗机器人和辅助冲洗机器人分别与纯水制备装置通过高压管路连接；

所述主冲洗机器人包括车体移动机构、升降机构和水枪冲洗机构；所述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台相连，升降机构的回转平台上安装有多节多级伸缩臂，所述多节多级伸缩臂通过调平油缸与水枪冲洗机构连接；

所述辅助冲洗机器人包括车体移动机构、垂直升降机构和水枪冲洗机构；辅助冲洗机器人的垂直升降机构与车体移动机构连接，垂直升降机构安装有多级伸缩臂，垂直升降机构通过多级伸缩臂与水枪冲洗机构连接。

所述辅助冲洗机器人和主冲洗机器人均包括电气控制系统，所述电气控制系统均包括车载子系统和遥控子系统，遥控子系统与车载子系统相配合通过无线方式完成对相应机器人的车体移动机构、升降机构及水枪冲洗机构的控制。

所述主冲洗机器人的车体移动机构为履带式移动底盘结构，所述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台相连，升降机构的回转平台上还安装有三节两级伸缩臂，三节两级伸缩臂的小臂通过调平油缸Ⅱ与水枪冲洗机构的工作台相连。

所述辅助冲洗机器人的车体移动机构为履带式移动底盘结构，辅助冲洗机器人的动力总成采用柴油机提供动力，安装于移动底盘上；垂直升降机构设置在车体移动机构前端，垂直升降机构安装有两级伸缩臂，两级伸缩臂的上臂通过绝缘支柱与水枪冲洗机构的工作云台相连，两级伸缩臂的下臂固定在移动底盘上。

所述主冲洗机器人和辅助冲洗机器人的车体移动机构相同，均包括：履带底盘、左行走马达、右行走马达、驱动轮、从动轮、承重轮、履带、张紧缓冲装置以及两侧的四个液压支腿，左行走马达和右行走马达通过螺栓连接在履带底盘支架上，驱动轮通过驱动轴与行走马达联接，从动轮、承重轮与张紧缓冲装置分别通过旋转轴与履带底盘支架联接，履带套在驱动轮、从动轮、承重轮与张紧缓冲装置的外侧，底盘左边为柴油箱，右边为液压油箱，液压支腿铰接在履带底盘上。

所述主冲洗机器人的升降机构包括回转平台及调平机构，回转平台通过回转支承与车体移动机构连接，回转平台上铰接有三节两级伸缩臂，回转平台及三节两级伸缩臂的大臂与变幅油缸铰接连接，三节两级伸缩臂的大臂及连接臂与伸缩油缸铰接连接，调平机构包括调平油缸Ⅰ和调平油缸Ⅱ，调平油缸Ⅰ安装在回转平台和大臂间，与回转平台、大臂铰接连接，调平油缸Ⅱ安装在工作台与小臂之间，与工作台、小臂铰接连接。

所述三节两级伸缩臂包括大臂、连接臂及小臂，大臂铰接到回转平台上，连接臂前、后端均设置有滑块，滑块与连接臂螺栓连接，连接臂通过滑块与大臂、小臂滑动连接，连接臂的头部安装有链轮；所述三节两级伸缩臂的大臂、小臂上通过螺栓连接有变幅链条，大臂前端绕过链轮与伸缩链条的前端铰接，伸缩链条的末端与小臂末端铰接。

所述主冲洗机器人的水枪冲洗机构包括俯仰油缸及摆动油缸，俯仰油缸通过螺栓连接在摆动油缸上，摆动油缸通过螺栓连接在工作台上，俯仰油缸上铰接有水枪架，水枪架上连接有水枪；

所述水枪架上通过螺栓安装有跟踪摄像机，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，跟踪摄像机正下方装有激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。

所述辅助冲洗机器人的垂直升降机构包括：两级垂直伸缩臂、风琴箱护罩、绝缘支柱和车载控制器，所述垂直伸缩臂的下端固定在车体行走机构的固定板上，垂直伸缩臂的上端通过顶板与若干绝缘支柱连接；所述车载控制器固定在垂直伸缩臂固定板上，所述风琴箱护罩将两级垂直伸缩臂、绝缘支柱及车载控制器包围其中。

所述辅助冲洗机器人的水枪冲洗机构包括：云台、电控箱、可调式水枪支架、水枪、摄像机和激光测距仪；

所述电控箱设置在绝缘支柱的上方，并固定在绝缘支柱上，用于提供云台和摄像机所需的电源；所述云台固定在电控箱上；所述可调式水枪支架铰连接在云台上方，可调式水枪支架上分别连接有水枪、摄像机和激光测距仪，所述激光测距仪设置在摄像机的正下方。

所述纯水制备装置包括：纯水制备系统、高压喷射系统和电气控制系统；

所述纯水制备系统与高压喷射系统连接，电控系统与纯水制备系统和高压喷射系统分别连接，所述电控系统用于控制纯水制备装置的开启以及当压力或流量高于额定流量或额定压力时的过载保护。

所述高压喷射系统包括：高压水泵、电磁离合器、动力传送装置、备用泵和出水管；所述电磁离合器一端与移动底盘自带的取力器连接，电磁离合器的另一端通过动力传送装置分别与高压水泵和备用泵连接，所述备用泵设置在与高压水泵相对的一侧，高压水泵的输出端连接出水管；在所述高压水泵的输出端安装有压力检测装置，在所述出水管的末端设置水电阻率检测装置；

所述备用泵与高压泵属于并联关系，在正常工作状况下，开启高压泵；当输出高纯水压力小于规定工作压力时，自动开启备用泵。

所述动力传送装置包括：皮带轮Ⅰ、皮带轮Ⅱ和皮带轮Ⅲ，所述皮带轮Ⅰ安装在电磁离合器的输出轴、皮带轮Ⅱ安装在高压水泵的输入端、皮带轮Ⅲ安装在备用泵的输入端；所述皮带轮Ⅰ和皮带轮Ⅱ、皮带轮Ⅰ和皮带轮Ⅲ之间均通过皮带传输动力。

所述压力检测装置和水电阻率检测装置均与电控系统相连；当纯水压力或者电阻率不符合使用要求时，电控系统控制高压泵会停止工作并报警。

所述高压喷射系统还装有手动油门控制器，所述手动油门控制器与柴油机油门连接，通过手动调节油门开关大小，实现高压水泵出口压力的调节。

所述纯水制备系统包括：活性炭、石英砂过滤器，保安过滤器，一级高压泵，一级反渗透膜组，中间水箱，二级高压泵，二级反渗透膜组和纯水箱；

所述活性炭、石英砂过滤器的一侧与自来水管相连，另一侧通过管道与保安过滤器连接，所述保安过滤器通过管道与一级高压水泵、一级反渗透膜组、中间水箱、二级高压水泵、二级反渗透膜组和纯水箱依次连接，所述活性炭、石英砂过滤器，保安过滤器，一级反渗透膜组和二级反渗透膜组共同组成纯水制备系统的四级过滤工序，在所述每一级过滤工序的管路上分别设有压力表和流量计。

所述纯水制备系统设置在移动底盘的远离车头一侧，高压喷射系统设置在靠近车头的一侧，纯水制备系统和高压喷射系统之间通过纯水箱连接；所述高压喷射系统与卷管器连接，所述卷管器上缠绕水管，高压水泵出来的高压水通过水管通道输送至外部水冲洗设备的高压管路上。

所述电控系统设有急停按钮、启动按钮、一级高压泵启停按钮和二级高压泵启停按钮，并能够进行压力表读数显示和流量计读书显示。

所述主冲洗机器人和辅助冲洗机器人的电气控制系统均包括车载子系统和遥控子系统，车载子系统包括工控机，工控机通过485总线采集各类传感器上传的数据，并对从远程遥控器接收到的指令下发给无线接收机，无线接收机接收到远程遥控器的数据后在工控机中进行处理然后再下发给无线收发机，通过对电压值的调节控制比例阀的开合及流量大小，实现对移动底盘左右轮运动和伸缩臂的控制。

一种变电站带电水冲洗机器人系统的控制方法，具体为：纯水制备装置用于提供主冲洗机器人和辅助冲洗机器人工作时所需的纯水，主冲洗机器人和辅助冲洗机器人在作业时，通过远程遥控装置的控制手柄控制机械本体的车体移动机构移动到指定区域，将前液压支腿Ⅰ，前液压支腿Ⅱ，后液压支腿Ⅰ，后液压支腿Ⅱ支撑着地，提高机器人作业稳定性；

主冲洗机器人的回转平台及其附属部件可360°转动，调整两级伸缩臂的方位，通过变幅油缸与调整大臂的俯仰角，连接臂通过伸缩油缸实现伸出与收缩，小臂在伸缩链条的带动下实现与连接臂同步伸出与收缩，在变幅油缸、伸缩油缸和伸缩链条的共同作用下，调整大臂、连接臂以及小臂的位姿；

调平油缸Ⅰ和调平油缸Ⅱ协调调整工作台的位姿，保持工作台水平，俯仰油缸上下俯仰以及摆动油缸的左右摆动实现水枪架的位姿微调，通过跟踪摄像机采集的图像，确定水枪的位姿，水枪喷射高纯度水进行冲洗作业；

辅助冲洗机器人在作业时，通过调节云台实现第二水枪水平及俯仰两个方向运动，第二水枪架上通过螺栓安装有第二跟踪摄像机，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，第二跟踪摄像机正下方装有第二激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离，通过跟踪摄像机采集的图像，确定水枪的位姿，水枪喷射高纯度水进行冲洗作业。

本发明的有益效果：

1、根据变电站水冲洗作业的需要，设计一种新型变电站带电水冲洗机器人系统装置，主体由机械本体和远程遥控装置组成，机械本体与遥控装置之间全部通过无线信号进行信号传递，使冲洗作业人员远离高压电场，保障了作业人员的安全。

2、本发明水冲洗机器人系统，利用机器人代替人工完成变电站绝缘子冲洗作业，使操作人员位于安全区域内，保障了操作人员的安全，降低的劳动强度，提高冲洗效率和自动化水平。

3、操作人员手持遥控装置，通过远程遥控装置上的控制手柄，可以远距离控制机器人机械本体的车体移动机构、三节两级伸缩臂升降机构及水枪冲洗机构，可以根据跟踪摄像机采集图像调整机器人的作业姿态，利用高压喷水机构喷射高纯水进行冲洗作业。

4、设计了辅助冲洗机器人配合主冲洗机器人的工作，对于主冲洗机器人无法进入或冲洗不到的地方，利用辅助冲洗机器人对绝缘设备进行冲洗，保证绝缘设备的全方位有效冲洗。

5、本发明为水冲洗机器人系统配备了单独的纯水制备装置，纯水制备装置采用先进的RO反渗透膜技术，其纯水制备速度快、水电率高。可移动地与辅冲机器人连接，能够随时为辅冲机器人提供纯水水源，提高了制水量，通过采用与发动机相匹配的大功率水泵，提高了系统的流量，可实现对水冲洗机器人的不间断供水，满足了变电站水冲洗现场作业要求，保障了作业人员的安全。

附图说明

图1(a)为本发明变电站带电主冲水冲洗机器人结构示意图；

图1(b)为本发明变电站带电辅冲水冲洗机器人结构示意图；

图2为本发明变电站带电主冲水冲洗机器人制图支撑时结构俯视图；

图3为本发明变电站带电主冲水冲洗机器人工作极限位置的结构示意图；

图4为本发明变电站带电主冲水冲洗机器人液压控制原理图；

图5为本发明变电站带电主冲水冲洗机器人电气控制结构框图；

图6为本发明变电站带电主冲水冲洗机器人远程遥控器面板示意图；

图7为本发明纯水制备装置结构示意图；

图8为本发明纯水制备装置结构布置主视图；

图9为本发明纯水制备装置结构布置俯视图；

图10为本发明纯水制备系统结构示意图；

图11为本发明高压喷射系统结构示意图。

图中，1、从动轮，2、承重轮，3、张紧缓冲装置，4、驱动轮，5、履带，6、第一履带底盘，7、比例控制阀组B，8、回转平台，9、调平油缸Ⅰ，10、变幅链条，11、大臂，12、变幅油缸，13、伸缩链条，14、链轮，15、工作台，16、俯仰油缸，17、第一水枪架，18、调平油缸Ⅱ，19、第一跟踪摄像机，20、第一激光测距仪，21、第一水枪，22、电气控制箱，23、后液压支腿Ⅰ，24、后液压支腿Ⅱ，25、第一液压油箱，26、前液压支腿Ⅰ，27、前液压支腿Ⅱ，28、第一柴油箱，29、连接臂，30、小臂，31、摆动油缸；

2-1、第二跟踪摄像机，2-2、第二水枪，2-3、电控箱，2-4、风琴箱护罩，2-5、垂直升降机构，2-6、车载控制器，2-7、第二履带底盘，2-8、第二车体移动机构，2-9、第二液压油箱，2-10、显示面板，2-11、动力总成，2-12、第二柴油箱，2-13、绝缘支柱，2-14、进水管，2-15、云台，2-16、第二水枪架，2-17、第二激光测距仪，2-18、外壳；

3-1.移动底盘，3-2.水电阻率检测表，3-3.压力检测装置，3-4.高压水泵，3-5.纯水箱，3-6.电磁离合器，3-7.皮带轮Ⅰ，3-8.皮带轮Ⅱ，3-9.卷管器，3-10.备用水泵，3-11.皮带，3-12.电控系统压力表，3-13.二级反渗透膜组，3-14.活性炭、石英砂过滤器，3-15.电控系统电压表，3-16.电控系统电流表，3-17.中间水箱，3-18.一级反渗透膜组，3-19.高压喷射系统流量表，3-20.电磁开关，3-21.二级高压水泵，3-22.一级高压水泵，3-23.保安过滤器，3-24.电控系统流量表，3-25.皮带轮Ⅲ。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

辅助冲洗机器人结构示意图如图1(b)所示，包括车体移动机构2-8、动力总成2-11、垂直升降机构2-5、水枪冲洗机构、电气控制系统等组成；其中，车体行走机构2-8为履带式移动底盘结构，动力总成2-11采用柴油机提供动力，安装于移动底盘上，垂直升降机构2-5连接在车体移动机构前端，垂直升降机构2-5安装有两级伸缩臂，两级伸缩臂的上臂通过绝缘支柱2-13与水枪冲洗机构的工作云台2-15相连；电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统，遥控子系统与车载子系统相配合，通过无线方式远程完成对机器人垂直升降机构及水枪冲洗机构的控制。

辅助冲洗机器人的车体移动机构2-8与主冲洗机器人的车体移动机构结构相同，第二履带底盘2-7左边为第二液压油箱2-9，右边为第二柴油箱2-12。

动力总成2-11采用自带动力源，柴油机提供动力，可以进入密集设备区内作业，解决了现场的电源配置问题。

垂直升降机构2-5包括两级垂直伸缩臂、风琴箱护罩2-4、绝缘支柱2-3及车载控制器2-6组成，垂直伸缩臂铰连接与车体移动机构固定板上，绝缘支柱2-13安装于垂直伸缩臂上端，车载控制器2-6固定在垂直伸缩臂固定板上，风琴箱护罩2-4将两级垂直伸缩臂、绝缘支柱2-13及车载控制器2-6包围其中。辅助冲洗机器人的的外壳2-18的前部设有显示面板2-10，第二水枪2-2与进水管2-14相连。

辅助冲洗机器人的水枪冲洗机构包括云台2-15、电控箱2-3、第二水枪架2-16等组成；电控箱2-3安装于绝缘支柱2-13上，提供云台2-15、第二跟踪摄像机2-1所需电源；云台15实现第二水枪2-2水平及俯仰两个方向运动；水枪架2-16铰连接在云台2-15上方，水枪架2-16上连接有第二水枪2-2、第二跟踪摄像机2-1、第二激光测距仪17。水枪架2-16上通过螺栓安装有第二跟踪摄像机2-1，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，第二跟踪摄像机2-1正下方装有第二激光测距仪2-17，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。

如图1(a)所示，一种变电站带电主冲水冲洗机器人，主体由机械本体和远程遥控装置组成。其中，机械本体主要由车体移动机构、三节两级伸缩臂升降机构、水枪冲洗机构、液压控制系统和电气控制系统组成。车体移动机构为履带式移动底盘结构，履带底盘的一边为柴油箱，另一边为液压油箱，机器人的动力源为车载柴油机；所述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台8相连，升降机构的回转平台8上还安装有三节两级伸缩臂，三节两级伸缩臂的小臂30通过调平油缸Ⅱ18与水枪冲洗机构的工作台15相连，所述回转平台8上还连接有液压控制系统的比例控制阀组；电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统，遥控子系统与车载子系统相配合利用液压控制系统通过无线方式完成对机器人的车体移动机构、升降机构及水枪冲洗机构的控制。

变电站带电水冲洗机器人系统工作动力来源车载柴油机。采用自带动力源，柴油机提供动力，可以进入密集设备区内作业，解决了现场的电源配置问题。

如图2所示，主冲洗机器人的车体移动机构采用履带式移动底盘结构，主要由第一履带底盘6、左右行走马达、从动轮1、驱动轮4、承重轮2、履带5、张紧缓冲装置3以及两侧的四个液压支腿组成。底盘左边为第一柴油箱28，右边为第一液压油箱25，后液压支腿Ⅰ23，后液压支腿Ⅱ24，前液压支腿Ⅰ26，前液压支腿Ⅱ27铰接在履带底盘6上。第一履带底盘6上还设有电气控制箱22。

如图3所示，三节两级伸缩臂组成的升降机构主要由回转平台8、三节两级伸缩臂，调平机构组成。回转平台8通过回转支承与车体移动机构连接，由回转马达驱动实现回转平台8及其附属各部件360°连续回转运动，比例控制阀组7通过螺栓连接在回转平台8上；两级伸缩臂主要由大臂11、连接臂29、小臂30组成，两级伸缩臂安装于回转平台8上，大臂11铰接到回转平台8上，连接臂29前后端有滑块，滑块与连接臂29螺栓连接，连接臂29与大臂11、小臂30滑动连接，连接臂29的头部安装链轮14；变幅油缸12与大臂11、回转平台8铰接连接，伸缩油缸与大臂11、连接臂29铰接连接；调平机构主要由调平油缸Ⅰ9和调平油缸Ⅱ18组成，调平油缸Ⅰ9安装在回转平台8和大臂11间，与回转平台8、大臂11铰接连接，调平油缸Ⅱ18安装在工作台15与小臂30之间，与工作台15、小臂30铰接连接；变幅链条10通过螺栓分别连接在大臂11、小臂30上，伸缩链条13的前端铰接在大臂11前端，绕过链轮14，末端铰接小臂30末端。

水枪冲洗机构主要由工作台15、俯仰油缸16、摆动油缸31、第一水枪架17、第一水枪21组成。俯仰油缸16通过螺栓连接在摆动油缸31上，摆动油缸31通过螺栓连接在工作台15上，第一水枪架17铰接在俯仰油缸16上，第一水枪21螺旋连接于第一水枪架17上。

机器人第一水枪架17上安装第一跟踪摄像机19，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，实时的传递作业现场的画面，方便远程操作人员实施作业。第一跟踪摄像机19螺栓连接在水枪架17上。第一跟踪摄像机19正下方装有第一激光测距仪20，实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离，使其保持在安全作业距离以内。

该机器人在作业时，通过远程遥控装置的控制手柄控制机械本体的车体移动机构移动到指定区域，将前液压支腿Ⅰ26，前液压支腿Ⅱ27，后液压支腿Ⅰ23，后液压支腿Ⅱ24支撑着地，提高机器人作业稳定性；回转平台8及其附属部件可360°转动，调整两级伸缩臂的方位，通过变幅油缸12与调整大臂11的俯仰角，连接臂29通过伸缩油缸实现伸出与收缩，小臂30在伸缩链条13的带动下实现与连接臂29同步伸出与收缩，在变幅油缸12、伸缩油缸和伸缩链条13的共同作用下，调整大臂11、连接臂29以及小臂30的位姿；调平油缸Ⅰ9和调平油缸Ⅱ18协调调整工作台15的位姿，保持工作台15水平，俯仰油缸16上下俯仰以及摆动油缸31的左右摆动实现水枪架17的位姿微调，通过第一跟踪摄像机19采集的图像，确定水枪21的位姿，水枪21喷射高纯度水进行冲洗作业。

如图4所示，变电站带电水冲洗机器人系统液压系统采用下部控制阀组A、上装控制阀组B组合控制和中央回转接头组合控制，共有七路比例换向阀和四路手动换向阀。变电站带电水冲洗机器人系统采用柴油机为动力，通过联轴器与双联齿轮泵相连，考虑变电站带电作业特殊环境要求，液压系统均采用抗磨绝缘液压油。液压油从油箱，经吸油过滤器进入水冲洗机器人液压控制油路，再经回油滤油器流回油箱。其中单向阀为控制油液回流，安全阀其过载保护功能，压力表通过压力表开关与油路相连，并实时显示油路液压油压力。中央回转接头是联接回转平台与底盘油路的液压元件，它保证回转平台旋转任意角度后，液压油路还能正常配油。

下部控制阀组A通过分配阀与液压泵连接，主要由四组手动换向阀控制水冲洗机器人四个支腿油缸来完成伸缩运动，两个比例换向阀控制左右两个马达，进行机器人行走运动。

上装控制阀组B经中央回转接头、上装控制切换按钮、分配阀、与液压泵连接，主要由一个比例换向阀控制回转马达，完成上装回转平台旋转运动，两组比例换向阀控制大臂俯仰和小臂伸缩运动，另两组比例换向阀通过水平摆动油缸和垂直摆动油缸实现水枪的水平运动和俯仰运动。

如图5所示，变电站带电主冲水冲洗机器人电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统。车载子系统包括车载上位机控制系统和车载驱动器，车载上位机控制系统具有接收遥控子系统的命令，并对命令进行解析和实现运动算法的等功能。车载驱动器接收车载上位机控制系统的指令实现对车体的阀组进行控制的功能。遥控子系统具有车体的移动、发动机的启停、油门的大小、升降机构单关节控制和组合控制功能。车载子系统和手持终端子系统通过无线方式通信。

车载子系统按功能主要分为车体移动控制模块、上装升降机构运动控制模块、发动机及电源动力监控模块和安全监控模块等四个模块。车体移动控制模块具备前进、后退、调速、左右转向、支腿伸缩、辅助照明、安全监控等功能；上装升降机构运动控制模块具备单关节控制、单关节位置反馈、自动调平及安全监控等功能；发动机及电源动力监控模块具备发动机启停、调速等控制和发动机状态及电源电压的监视等功能；安全监控模块具备升降机构各关节限位、支腿状态、油温油位、电池电压等状态的阈值设定及安全报警。

车载子系统硬件由工控机、无线接收机、A/D转换模块、ZIGBEE、各类传感器、比例阀、开关阀等组成。工控机通过485总线采集各类传感器上传的数据，并对从远程遥控器接收到的指令下发给无线接收机，实现对开关阀，比例阀的控制。无线接收机接收到遥控器的数据后在工控机中进行处理然后再下发给无线收发机，通过对电压值的调节控制比例阀的开合及流量大小，实现对移动底盘左右轮运动，小臂伸缩，大臂俯仰，回转平台旋转的控制。

各类传感器包括拉线传感器、角度传感器、倾角传感器、温度传感器、压力传感器、电压传感器与电流传感器，拉线传感器安装在大臂与小臂之间，用于测量小臂的伸缩长度，大臂和顶端平台均装有一个角度传感器和一个倾角传感器，采集大臂和平台水平和垂直方向的角度数据并传递给工控机，其中平台上的角度传感器与倾角传感器数据通过ZIGBEE无线传送，以实现顶端平台的完全绝缘。温度和压力传感器安装在液压油箱上，采集油箱中的油温以及油箱中液压油的压力数据，采集到的数据为模拟量，经过A/D转换成数字信号经过485传递给工控机。电压与电流传感器采集电路中的电压电流值，检测电路中的电压电流是否稳定，采集到的模拟信号经过A/D转换模块转换为数字信号经过485总线传递给工控机。

远程遥控器实现对移动底盘、升降臂和水枪的远程控制，其中包括控制左轮前后、右轮前后、大臂左右、大臂俯仰、小臂伸缩、平台左右；带锁按键包括工具、选择、XYZ世界坐标系、油门大小的控制；自恢复按键包括复位、发动机启停、示教、再现、启动的控制；指示灯包括电源、无线通信、报警指示灯。

图6中，一种变电站带电主冲水冲洗机器人的远程遥控器包括7个模拟摇杆，控制左轮前后、右轮前后、大臂11左右、大臂11俯仰、小臂31伸缩、工作台15左右、水枪17俯仰；带锁按键包括工具、选择、XYZ世界坐标系、油门大小的控制；自恢复按键包括复位、发动机启停、示教、再现、启动的控制；指示灯包括电源、无线通信、报警指示灯。

主冲洗机器人主要用于高空绝缘子设备的冲洗，一般为8米以上绝缘子设备；辅助冲洗机器人主要用于低空绝缘子设备的冲洗，一般为8米以下绝缘子设备。

如图7所示，包括：纯水制备系统、高压喷射系统和电控系统；纯水制备系统与高压喷射系统连接，电控系统与纯水制备系统和高压喷射系统分别连接；纯水制备系统设置在移动底盘的远离车头一侧，高压喷射系统设置在靠近车头的一侧，纯水制备系统和高压喷射系统之间通过纯水箱连接。高压喷射系统与卷管器连接，其上缠绕60米水管，主要将从水泵出来的高压水，通过卷管器3-9上水管通道，输送到外部高压水冲洗机器人的高压管路上。卷管器3-9的作用在于控制出水管的收放，以减小现场工作人员劳动强度。

如图8-11所示，纯水制备装置主要由包括移动底盘3-1、活性炭、石英砂过滤器3-14，保安过滤器3-23，一级高压水泵3-22，一级反渗透膜组3-18，中间水箱3-17，二级高压水泵3-21，二级反渗透膜组3-13，纯水箱3-5组成。活性炭、石英砂过滤器3-14的一侧与自来水管相连。另一侧通过管道与保安过滤器3-23相连。保安过滤器3-23另一侧通过管道与一级高压水泵3-22相连。一级高压水泵3-22的另一侧通过管道与一级反渗透膜组3-18相连。一级反渗透膜组3-18的另一侧通过管道与中间水箱3-17相连。中间水箱3-17的另一侧通过管道与二级高压水泵3-21相连。二级高压泵3-21的另一侧通过管道与二级反渗透膜组3-13相连。二级反渗透膜组3-13的另一侧通过管道与纯水箱3-5相连，具体如图4所示。本装置所需水源为普通自来水水源，经过所述纯水制备装置过滤后，可达到电力设备带电水冲洗导则所要求的水电阻率要求。所述的每一道过滤工序上都装有压力表和流量计，以确保水的压力和流量能在合理范围内。

反渗透是用足够的压力使溶液中的溶剂(一般常指水)通过反渗透膜(一种半透膜)而分离出来，方向与渗透方向相反，可使用大于渗透压的反渗透法进行分离、提纯和浓缩溶液。利用反渗透技术可以有效的去除水中的溶解盐、胶体，细菌、病毒、细菌内毒素和大部分有机物等杂质。反渗透膜的主要分离对象是溶液中的离子范围，无需化学品即可有效脱除水中杂质，从而得到高纯水。本发明通过活性炭、石英砂过滤器，保安过滤器，一级高压泵，一级反渗透膜组，中间水箱，二级高压泵，二级反渗透膜组逐级过滤，得到符合变电站带电水冲洗作业要求的高纯水。

高压喷射系统由高压水泵3-4、电磁离合器3-6、皮带轮Ⅰ3-7、皮带轮Ⅱ3-8、皮带轮Ⅲ3-25、备用水泵3-10、卷管器3-9、压力检测装置3-3、高压喷射系统流量表3-19以及水电阻率检测表3-2等组成。所述高压水泵3-4的动力源自汽车底盘1自带的电磁离合器3-6，经由电磁离合器3-6输出动力，以满足高压喷射系统的不定时工作要求。所述皮带轮Ⅰ3-7安装在电磁离合器3-6的输出轴、皮带轮Ⅱ3-8安装在高压水泵3-4的输入端、皮带轮Ⅲ3-25安装在备用泵3-10的输入端；所述皮带轮Ⅰ3-7和皮带轮Ⅱ3-8、皮带轮Ⅰ3-7和皮带轮Ⅲ3-25之间均通过皮带3-11传输动力。

备用水泵3-10安装于移动底盘3-1的另一侧，其主要用途为防止高压水泵出现故障或压力不足时为系统提供足够动力。压力检测装置3-3安装在高压水泵3-4的输出端，用于检测高压泵纯水输出压力。水电阻率检测表3-2用于检测纯水经高压泵加压后的水电阻率。所述压力表和水电阻率检测表均与电控系统相连，当纯水压力和电阻率不符合使用要求时，高压水泵3-4会停止工作并报警。高压喷射系统还装有手动油门控制器，与柴油机油门相连，可以手动调节油门开关大小，从而实现高压水泵出口压力的调节。

电控系统配有急停按钮、启动按钮、一级高压泵启停按钮、二级高压泵启停按钮和电压表、电流表等装置，以便观察各装置的运行情况。并安装有电控系统电压表3-15，电控系统电流表3-16，以及检测每一级过滤后水的电控系统流量表3-24和电控系统压力表3-12。

纯水制备装置有手动和自动两种控制模式；在手动模式运行时，首先旋开手动按钮，手动灯点亮，手动模式下分四路控制：增压泵、一级泵、冲洗阀、二级泵分别旋开按钮后，设备手动运行，停止时再旋回按钮，设备停止工作。在自动模式运行时，旋开自动按钮，设备通过自动面板控制运行，关闭时旋回按钮，设备自动停止工作。

在自动模式下，设备有原水缺水保护、一二级高压泵缺水保护、压力过高保护和纯水水罐满水停机四项自动保护功能。

在自动模式下，为了将在工作中遗留在反渗透膜内的大分子物质冲洗掉，反渗透膜会根据程序自动清洗。

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，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。

Claims (20)

1.一种变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，包括：主冲洗机器人、辅助冲洗机器人、纯水制备装置；所述主冲洗机器人和辅助冲洗机器人分别与纯水制备装置通过高压管路连接；

所述主冲洗机器人包括车体移动机构、升降机构和水枪冲洗机构；所述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台相连，升降机构的回转平台上安装有多节多级伸缩臂，所述多节多级伸缩臂通过调平油缸与水枪冲洗机构连接；

所述辅助冲洗机器人包括车体移动机构、垂直升降机构和水枪冲洗机构；辅助冲洗机器人的垂直升降机构与车体移动机构连接，垂直升降机构安装有多级伸缩臂，垂直升降机构通过多级伸缩臂与水枪冲洗机构连接。

2.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述辅助冲洗机器人和主冲洗机器人均包括电气控制系统，所述电气控制系统均包括车载子系统和遥控子系统，遥控子系统与车载子系统相配合通过无线方式完成对相应机器人的车体移动机构、升降机构及水枪冲洗机构的控制。

3.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述主冲洗机器人的车体移动机构为履带式移动底盘结构，所述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台相连，升降机构的回转平台上还安装有三节两级伸缩臂，三节两级伸缩臂的小臂通过调平油缸Ⅱ与水枪冲洗机构的工作台相连。

4.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述辅助冲洗机器人的车体移动机构为履带式移动底盘结构，辅助冲洗机器人的动力总成采用柴油机提供动力，安装于移动底盘上；垂直升降机构设置在车体移动机构前端，垂直升降机构安装有两级伸缩臂，两级伸缩臂的上臂通过绝缘支柱与水枪冲洗机构的工作云台相连，两级伸缩臂的下臂固定在移动底盘上。

5.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述主冲洗机器人和辅助冲洗机器人的车体移动机构相同，均包括：履带底盘、左行走马达、右行走马达、驱动轮、从动轮、承重轮、履带、张紧缓冲装置以及两侧的四个液压支腿，左行走马达和右行走马达通过螺栓连接在履带底盘支架上，驱动轮通过驱动轴与行走马达联接，从动轮、承重轮与张紧缓冲装置分别通过旋转轴与履带底盘支架联接，履带套在驱动轮、从动轮、承重轮与张紧缓冲装置的外侧，底盘左边为柴油箱，右边为液压油箱，液压支腿铰接在履带底盘上。

6.如权利要求1所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述主冲洗机器人的升降机构包括回转平台及调平机构，回转平台通过回转支承与车体移动机构连接，回转平台上铰接有三节两级伸缩臂，回转平台及三节两级伸缩臂的大臂与变幅油缸铰接连接，三节两级伸缩臂的大臂及连接臂与伸缩油缸铰接连接，调平机构包括调平油缸Ⅰ和调平油缸Ⅱ，调平油缸Ⅰ安装在回转平台和大臂间，与回转平台、大臂铰接连接，调平油缸Ⅱ安装在工作台与小臂之间，与工作台、小臂铰接连接。

7.如权利要求6所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述三节两级伸缩臂包括大臂、连接臂及小臂，大臂铰接到回转平台上，连接臂前、后端均设置有滑块，滑块与连接臂螺栓连接，连接臂通过滑块与大臂、小臂滑动连接，连接臂的头部安装有链轮；所述三节两级伸缩臂的大臂、小臂上通过螺栓连接有变幅链条，大臂前端绕过链轮与伸缩链条的前端铰接，伸缩链条的末端与小臂末端铰接。

8.如权利要求1所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述主冲洗机器人的水枪冲洗机构包括俯仰油缸及摆动油缸，俯仰油缸通过螺栓连接在摆动油缸上，摆动油缸通过螺栓连接在工作台上，俯仰油缸上铰接有水枪架，水枪架上连接有水枪；

所述水枪架上通过螺栓安装有跟踪摄像机，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，跟踪摄像机正下方装有激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。

9.如权利要求1所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述辅助冲洗机器人的垂直升降机构包括：两级垂直伸缩臂、风琴箱护罩、绝缘支柱和车载控制器，所述垂直伸缩臂的下端固定在车体行走机构的固定板上，垂直伸缩臂的上端通过顶板与若干绝缘支柱连接；所述车载控制器固定在垂直伸缩臂固定板上，所述风琴箱护罩将两级垂直伸缩臂、绝缘支柱及车载控制器包围其中。

10.如权利要求1所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述辅助冲洗机器人的水枪冲洗机构包括：云台、电控箱、可调式水枪支架、水枪、摄像机和激光测距仪；

所述电控箱设置在绝缘支柱的上方，并固定在绝缘支柱上，用于提供云台和摄像机所需的电源；所述云台固定在电控箱上；所述可调式水枪支架铰连接在云台上方，可调式水枪支架上分别连接有水枪、摄像机和激光测距仪，所述激光测距仪设置在摄像机的正下方。

11.如权利要求1所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述纯水制备装置包括：纯水制备系统、高压喷射系统和电气控制系统；

所述纯水制备系统与高压喷射系统连接，电控系统与纯水制备系统和高压喷射系统分别连接，所述电控系统用于控制纯水制备装置的开启以及当压力或流量高于额定流量或额定压力时的过载保护。

12.如权利要求11所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述高压喷射系统包括：高压水泵、电磁离合器、动力传送装置、备用泵和出水管；所述电磁离合器一端与移动底盘自带的取力器连接，电磁离合器的另一端通过动力传送装置分别与高压水泵和备用泵连接，所述备用泵设置在与高压水泵相对的一侧，高压水泵的输出端连接出水管；在所述高压水泵的输出端安装有压力检测装置，在所述出水管的末端设置水电阻率检测装置；

所述备用泵与高压泵属于并联关系，在正常工作状况下，开启高压泵；当输出高纯水压力小于规定工作压力时，自动开启备用泵。

13.如权利要求12所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述动力传送装置包括：皮带轮Ⅰ、皮带轮Ⅱ和皮带轮Ⅲ，所述皮带轮Ⅰ安装在电磁离合器的输出轴、皮带轮Ⅱ安装在高压水泵的输入端、皮带轮Ⅲ安装在备用泵的输入端；所述皮带轮Ⅰ和皮带轮Ⅱ、皮带轮Ⅰ和皮带轮Ⅲ之间均通过皮带传输动力。

14.如权利要求12所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述压力检测装置和水电阻率检测装置均与电控系统相连；当纯水压力或者电阻率不符合使用要求时，电控系统控制高压泵会停止工作并报警。

15.如权利要求12所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述高压喷射系统还装有手动油门控制器，所述手动油门控制器与柴油机油门连接，通过手动调节油门开关大小，实现高压水泵出口压力的调节。

16.如权利要求11所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述纯水制备系统包括：活性炭、石英砂过滤器，保安过滤器，一级高压泵，一级反渗透膜组，中间水箱，二级高压泵，二级反渗透膜组和纯水箱；

所述活性炭、石英砂过滤器的一侧与自来水管相连，另一侧通过管道与保安过滤器连接，所述保安过滤器通过管道与一级高压水泵、一级反渗透膜组、中间水箱、二级高压水泵、二级反渗透膜组和纯水箱依次连接，所述活性炭、石英砂过滤器，保安过滤器，一级反渗透膜组和二级反渗透膜组共同组成纯水制备系统的四级过滤工序，在所述每一级过滤工序的管路上分别设有压力表和流量计。

17.如权利要求11所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述纯水制备系统设置在移动底盘的远离车头一侧，高压喷射系统设置在靠近车头的一侧，纯水制备系统和高压喷射系统之间通过纯水箱连接；所述高压喷射系统与卷管器连接，所述卷管器上缠绕水管，高压水泵出来的高压水通过水管通道输送至外部水冲洗设备的高压管路上。

18.如权利要求11所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述电控系统设有急停按钮、启动按钮、一级高压泵启停按钮和二级高压泵启停按钮，并能够进行压力表读数显示和流量计读书显示。

19.如权利要求1所述的变电站带电水冲洗机器人系统，其特征是，所述主冲洗机器人和辅助冲洗机器人的电气控制系统均包括车载子系统和遥控子系统，车载子系统包括工控机，工控机通过485总线采集各类传感器上传的数据，并对从远程遥控器接收到的指令下发给无线接收机，无线接收机接收到远程遥控器的数据后在工控机中进行处理然后再下发给无线收发机，通过对电压值的调节控制比例阀的开合及流量大小，实现对移动底盘左右轮运动和伸缩臂的控制。

20.如权利要求1所述的变电站带电水冲洗机器人系统的控制方法，其特征是，具体为：纯水制备装置用于提供主冲洗机器人和辅助冲洗机器人工作时所需的纯水，主冲洗机器人和辅助冲洗机器人在作业时，通过远程遥控装置的控制手柄控制机械本体的车体移动机构移动到指定区域，将前液压支腿Ⅰ，前液压支腿Ⅱ，后液压支腿Ⅰ，后液压支腿Ⅱ支撑着地，提高机器人作业稳定性；

主冲洗机器人的回转平台及其附属部件可360°转动，调整两级伸缩臂的方位，通过变幅油缸与调整大臂的俯仰角，连接臂通过伸缩油缸实现伸出与收缩，小臂在伸缩链条的带动下实现与连接臂同步伸出与收缩，在变幅油缸、伸缩油缸和伸缩链条的共同作用下，调整大臂、连接臂以及小臂的位姿；

调平油缸Ⅰ和调平油缸Ⅱ协调调整工作台的位姿，保持工作台水平，俯仰油缸上下俯仰以及摆动油缸的左右摆动实现水枪架的位姿微调，通过跟踪摄像机采集的图像，确定水枪的位姿，水枪喷射高纯度水进行冲洗作业；

辅助冲洗机器人在作业时，通过调节云台实现第二水枪水平及俯仰两个方向运动，第二水枪架上通过螺栓安装有第二跟踪摄像机，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，第二跟踪摄像机正下方装有第二激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离，通过跟踪摄像机采集的图像，确定水枪的位姿，水枪喷射高纯度水进行冲洗作业。