CN103991488A - 一种绝缘子串智能检测机器人攀爬装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绝缘子串智能检测机器人攀爬装置及其控制方法，本发明采用双轴差速控制，每轴采用经典pid速度闭环控制策略，使得机器人在两臂接触绝缘子片时的夹角始终小于90°，使智能绝缘子检测机器人对运行环境适应增强，避免机器人运行时候出现卡住或者脱落故障发生。本发明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。

Description

一种绝缘子串智能检测机器人攀爬装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种绝缘子串智能检测机器人攀爬装置及其控制方法。

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。

传统的瓷质绝缘子串检测方式为人工登塔高空作业，随着电压等级提高，绝缘子串长度不断增加，人工检测作业的难度越来越大，因此研制出可以沿瓷质绝缘子串自动行走的绝缘子带电检测机器人，成为目前绝缘超高压输电线路绝缘子性能带电检测的有效途径。

现有的悬垂绝缘子检测机器人在使用中存在很大风险，考虑不够充分，例如在检测过程中，由于施工误差或者绝缘片自身误差使得每组绝缘子串片与片之间的间距在一定的范围内是变化的，正由于双轴攀爬臂夹角成90°，但是这个角度是绝缘子检测机器人理想运行状态的中的夹角，但根据实验证明由于绝缘子片之间有误差，在这由于没有很好控制算法保证机器人稳定适应性较强的运行，使得绝缘子检测机器人可能发生卡在绝缘子串上不能运行，最为严重的是脱离绝缘子串坠落到线路上引起电力事故。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种绝缘子串智能检测机器人攀爬装置及其控制方法，本发明采用双轴差速控制，每轴采用经典pid控制策略，使得机器人在两臂接触绝缘子片时的夹角始终小于90°，使智能绝缘子检测机器人对运行环境适应增强，避免机器人运行时候出现卡住或者脱落故障发生。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种绝缘子串智能检测机器人攀爬装置，包括一组支撑座，在支撑座的端部有连接两个支撑座的电机轴，所述电机轴的两端设有沿电机轴径向延伸的攀爬臂，所述攀爬臂的两端设有中心轴方向与电机轴方向水平的滚轮，所述支撑座上设有通过传动机构驱动电机轴的电动机，所述传动机构上设有若干个位置传感器；所述电机轴包括第一电机轴和第二电机轴，且第一电机轴和第二电机轴关于两支撑座的中心点连线中心对称；所述攀爬臂每组有两个，且两个攀爬臂通过支臂架固定在支撑座上，两个攀爬臂沿电机轴径向对称分布，同一个电机轴上的两组攀爬臂方向一致；在所述攀爬臂通过在电机轴径向可调地连接在攀爬臂上的支臂架而具有径向调整结构。

所述电机轴通过轴承固定于支撑座上，在轴承端部设有轴承端盖；所述电机轴的一侧端部设有电机座，所述电机轴的另一侧端部设有定位台与限位座。

所述位置传感器包括第一电机轴初始位置检测传感器、第二电机轴初始位置检测传感器、第二电机轴启动高速转动位置传感器、第二电机轴启动低速转动位置传感器，且第二电机轴初始位置检测传感器、第二电机轴启动低速转动位置传感器与设置于同一个限位座上，第一电机轴初始位置检测传感器与第二电机轴启动高速转动位置传感器安装于同一个限位座上。

所述第二电机轴启动高速转动位置传感器、第二电机轴启动低速转动位置传感器的安装位置平行，且与各自电机轴轴心的连线与水平方向成α夹角，α∈[5°，30°]。

所述第一电机轴初始位置检测传感器和第二电机轴初始位置检测传感器安装于同一个限位座上，且两个电机轴初始位置检测传感器与各自的电机轴轴心连线的夹角成90°。

一种基于上述绝缘子串智能检测机器人攀爬装置的控制方法，具体包括以下步骤：

（1）控制第一电机轴1以角速度v匀速转动，将第二电机轴20的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，快慢两个角速度转速旋转的两个区域，第二电机轴的运行角度分别为（90+α）°和（90-α）°；

（2）计算第二电机轴20的快角速度转速旋转角速度；

（3）计算第二电机轴20的慢角速度转速旋转角速度；

（4）当第二电机轴启动低速转动位置传感器17检测到信号时，控制电动机使第二电机轴转动角度始终是v1匀速转动；当第二电机轴启动高速转动位置传感器检测到信号时，控制电机第二电机轴转动角度始终是v2匀速转动。

所述步骤（2）的具体方法为：第二电机轴转过快角度区时所需时间是第一电机轴以角速度v转过角度（90-α）°所用时间；即第二电机轴转过快角度区时所需时间t2=（90-α）/v，根据第二电机轴转过快角速度区需时间t2计算出第二电机轴的快角速度；第二电机轴的快角速度v2=（90+α）*v/（90-α）。

所述步骤（3）的具体方法为：第二电机轴转过慢角速度区所用的时间是第一电机轴以角速度v转过角度（90+α）°所用时间；即第二电机轴转过慢角速度区所用的时间t1=（90+α）/v；得到第二电机轴慢角速度为v1=（90-α）*v/（90+α）。

本发明的有益效果为：

1、设计夹角α控制，实现机器人第一电机轴的攀爬臂与第二电机轴的攀爬臂接触绝缘子时的夹角始终保持小于90°，解决机器人可能卡在绝缘子串上不能运行，甚至脱离绝缘子串坠落到线路上引起电力事故的问题；

2、采用双轴差速控制，每轴采用经典pid控制策略，始终保证智能绝缘子检测机器人、安全稳定的运行在绝缘子串上，使智能绝缘子检测机器人对运行环境适应增强，避免机器人运行时候出现卡住或者脱落故障发生。

附图说明

图1为一种绝缘子串智能检测机器人攀爬装置的结构示意图

图2第一电机轴位置检测感器分布平面示意图；

图3第二电机轴位置检测感器分布平面示意图；

图4传感器空间相对角度示意图；

图5绝缘子串智能检测机器人攀爬初始化状态图；

图6攀爬臂启动状态图。

其中：1.第一电机轴，2.滚轮，3.支撑座，4.轴承端盖，5.轴端盖，7.电机，8.第二电机轴初始位置检测传感器，9.限位座，10.支臂架，11.轴承，12.定位台，13.小齿轮，14.电机座，15.攀爬臂，16.第二电机轴启动高速转动位置传感器，17.第二电机轴启动低速转动位置传感器，18.大齿轮，19.第一电机轴初始位置检测传感器，20.第二电机轴，21.电气控制系统。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种绝缘子串智能检测机器人攀爬装置，包括一组支撑座3，在支撑座3的端部有连接两个支撑3座的电机轴，电机轴3的两端设有沿电机轴径向延伸的攀爬臂15，所述攀爬臂15的两端设有中心轴方向与电机轴方向水平的滚轮2，所述支撑座3上设有通过传动机构驱动电机轴的电动机7，所述传动机构上设有若干个位置传感器。

电机轴包括第一电机轴1和第二电机轴20，且第一电机轴1和第二电机轴20中心对称。

电机轴通过轴承固定于支撑座3上，在轴承端部设有轴承端盖4。

电机轴的一侧端部设有电机座14，所述电机轴的另一侧端部设有定位台12与限位座9。

攀爬臂15每组有两个，且两个攀爬臂15通过支臂架10固定在支撑座3上，两个攀爬臂12沿电机轴径向对称分布，同一个电机轴上的两组攀爬臂15方向一致。

传动机构包括大齿轮18、小齿轮13，大齿轮18连接在电机轴上，所述小齿轮13与大齿轮18相配合。

在攀爬臂15通过在电机轴径向可调地连接在攀爬臂5上的支臂架10而具有径向调整结构。

位置传感器包括第一电机轴初始位置检测传感器18、第二电机轴初始位置检测传感器8、第二电机轴启动高速转动位置传感器16、第二电机轴启动低速转动位置传感器17，且第二电机轴初始位置检测传感器8、第二电机轴启动低速转动位置传感器17与设置于同一个限位座9上，第一电机轴初始位置检测传感器18与第二电机轴启动高速转动位置传感器16安装于同一个限位座9上。

如图2、图3所示，第一电机轴初始位置检测传感器18和第二电机轴初始位置检测传感器8，且两个电机轴初始位置检测传感器的安装位置夹角成90°

如图4所示，第二电机轴启动高速转动位置传感器16、第二电机轴启动低速转动位置传感器17的安装位置平行，且均与各自的电机轴轴心连线与水平方向成α夹角，α∈[5°，30°]。

支撑座3上设有电气控制系统21控制电动机7的运行，电气控制系统21与电动机双向通信，电气控制系统21与第二电机轴启动高速转动位置传感器16、第二电机轴启动低速转动位置传感器17通信。

如图5所示，电气控制系统21向电动机7发出驱动信号，控制第一电机轴1和第二电机轴20转动到使得攀爬臂15成90°角夹角初始状态，在初始状态上由电气控制系统21控制第二电机轴20转动到第二电机轴启动低速转动位置传感器17，如图6所示，使得第二电机轴20附带的攀爬臂与第一电机轴1附带的攀爬臂15夹角小于90°即为夹角为（90-α）°。

原有的控制方法为：电气控制系统21采用经典pid控制算法输出第一电机轴1所属电机的控制信号，控制电机带动第一电机轴1以角速度v匀速旋转，同样电气控制系统21采用经典pid控制算法以与第一电机轴1相同的角速度v控制第二电机轴20旋转，这样控制第一电机轴1上的攀爬臂15与第二电机轴20上的攀爬臂成锐角（90-α）°和钝角（90+α）°交替运行，这样同样会使机器人出现运行事故。因此单纯的改变第一电机轴1与第二电机轴20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。

本发明给出的是电气控制系统21控制第一电机轴1以角速度v匀速转动，通过改变第二电机轴20的旋转角速度，将原来同样以第一电机轴1角速度v匀转动的第二电机轴20的旋转区域划分为快慢两个角速度转速旋转的两个区域，进而实现机器人第一电机轴1的攀爬臂与第二电机轴20的攀爬臂15接触绝缘子时的夹角始终保持是（90-α）°。第二电机轴20慢角速度区和快角速度区的运行角度分别为（90-α）°和（90+α）°。因为第一电机轴1与第二电机轴20共同旋转，第二电机轴20转过慢角速度区角度时所用的时间是第一电机轴1以角速度v转过角度（90+α）°所用时间t1=（90+α）/v，根据第二电机轴20转过慢角速度区需时间t1计算出第二电机轴20慢角速度为v1=（90-α）*v/（90+α）；第二电机轴20转过快角度区时所需时间是第一电机轴1以角速度v转过角度（90-α）°所用时间t2=（90-α）/v，根据第二电机轴20转过快角速度区需时间t2计算出第二电机轴20快角速度为v2=（90+α）*v/（90-α）。

电气控制系统21接收到启动第二电机轴20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，使得第二电机轴20转动角度始终是v1匀速转动；电气控制系统21接收到启动第二电机轴快速传感器信号有效信息时，电气控制系统21通过经典pid控制算法，使得第二电机轴20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。

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。

Claims (8)

1.一种绝缘子串智能检测机器人攀爬装置，其特征是：包括一组支撑座，在支撑座的端部有连接两个支撑座的电机轴，所述电机轴的两端设有沿电机轴径向延伸的攀爬臂，所述攀爬臂的两端设有中心轴方向与电机轴方向水平的滚轮，所述支撑座上设有通过传动机构驱动电机轴的电动机，所述传动机构上设有若干个位置传感器；所述电机轴包括第一电机轴和第二电机轴，且第一电机轴和第二电机轴关于两支撑座的中心点连线中心对称；所述攀爬臂每组有两个，且两个攀爬臂通过支臂架固定在支撑座上，两个攀爬臂沿电机轴径向对称分布，同一个电机轴上的两组攀爬臂方向一致。

2.如权利要求1所述的一种绝缘子串智能检测机器人攀爬装置，其特征是：所述电机轴通过轴承固定于支撑座上，在轴承端部设有轴承端盖；所述电机轴的一侧端部设有电机座，所述电机轴的另一侧端部设有定位台与限位座。

3.如权利要求1所述的一种绝缘子串智能检测机器人攀爬装置，其特征是：所述位置传感器包括第一电机轴初始位置检测传感器、第二电机轴初始位置检测传感器、第二电机轴启动高速转动位置传感器、第二电机轴启动低速转动位置传感器，且第二电机轴初始位置检测传感器、第二电机轴启动低速转动位置传感器与设置于同一个限位座上，第一电机轴初始位置检测传感器与第二电机轴启动高速转动位置传感器安装于同一个限位座上。

4.如权利要求3所述的一种绝缘子串智能检测机器人攀爬装置，其特征是：所述第二电机轴启动高速转动位置传感器、第二电机轴启动低速转动位置传感器的安装位置平行，且与各自电机轴轴心的连线与水平方向成α夹角，α∈[5°，30°]。

5.如权利要求3所述的一种绝缘子串智能检测机器人攀爬装置，其特征是：所述第一电机轴初始位置检测传感器和第二电机轴初始位置检测传感器安装于同一个限位座上，且两个电机轴初始位置检测传感器与各自的电机轴轴心连线的夹角成90°。

6.一种基于上述绝缘子串智能检测机器人攀爬装置的控制方法，其特征是：具体包括一下步骤：

（1）控制第一电机轴1以角速度v匀速转动，将第二电机轴20的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，快慢两个角速度转速旋转的两个区域，第二电机轴的运行角度分别为（90+α）°和（90-α）°；

（2）计算第二电机轴20的快角速度转速旋转角速度；

（3）计算第二电机轴20的慢角速度转速旋转角速度；

（4）当第二电机轴启动低速转动位置传感器17检测到信号时，控制电动机使第二电机轴转动角度始终是v1匀速转动；当第二电机轴启动高速转动位置传感器检测到信号时，控制电机第二电机轴转动角度始终是v2匀速转动。

7.如权利要求6所述的一种基于上述绝缘子串智能检测机器人攀爬装置的控制方法，其特征是：所述步骤（2）的具体方法为：第二电机轴转过快角度区时所需时间是第一电机轴以角速度v转过角度（90-α）°所用时间；即第二电机轴转过快角度区时所需时间t2=（90-α）/v，根据第二电机轴转过快角速度区需时间t2计算出第二电机轴的快角速度；第二电机轴的快角速度v2=（90+α）*v/（90-α）。

8.如权利要求6所述的一种基于上述绝缘子串智能检测机器人攀爬装置的控制方法，其特征是：所述步骤（3）的具体方法为：第二电机轴转过慢角速度区所用的时间是第一电机轴以角速度v转过角度（90+α）°所用时间；即第二电机轴转过慢角速度区所用的时间t1=（90+α）/v；得到第二电机轴慢角速度为v1=（90-α）*v/（90+α）。