一种用于开关柜局部放电检测的机械臂及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于开关柜局部放电检测的机械臂及控制方法，利用依次连接的升降关节、滑动关节、肩部旋转关节、肘部旋转关节和腕部旋转关节，所述腕部旋转关节通过柔性连接机构连接有局部放电检测传感器，所述滑动关节与升降关节轴线垂直布置，所述滑动关节与升降关节分别带动局部放电检测传感器对于开关柜的竖直和水平方向上的相对运动，通过肩部旋转关节、肘部旋转关节和腕部旋转关节的旋转配合，实现在局部放电检测传感器与开关柜相对位置不变时，进一步调整检测点位置和局部放电检测传感器的姿态，实现精确检测。

【技术实现步骤摘要】
一种用于开关柜局部放电检测的机械臂及控制方法
本专利技术涉及电力自动化及制造领域，具体涉及一种用于开关柜局部放电检测的机械臂及控制方法。
技术介绍
电力系统中，金属封闭开关设备得到广泛应用，电气设备在运行的过程中由于受到高温、电压、振动以及其他化学作用，将会使得其绝缘性能降低，从而产生局部放电现象。局部放电加速了绝缘的恶化情况，会给电力系统造成较大的经济损失。对开关柜进行局部放电检测的方法一般包括特高频检测法、地电波检测法和超声检测法。其中特高频法和地电波法需要传感器紧贴开关柜表面，对特定位置进行检测，超声波检测法则需要传感器沿开关柜缝隙进行检测。特高频法检测部位一般为为玻璃材质，而地电波法检测部位为金属材质，因而对传感器的贴紧程度要求不同。目前，上述检测过程一般通过人工实现，因此存在检测周期长，检测成本高、工作人员安全难以保障，而且受工作人员作业水平和主观因素影响，检测质量难以保证等问题。许多研究机构已经针对基于机器人的电力设备局部放电检测技术进行一些研究，如专利技术专利201610938100.8提及了一种控制巡检机器人局部放电检测的装置和一种控制巡检机器人局部放电检测的方法，但是专利中并没有对机械臂的具体实现进行阐述，另外根据其附图说明(附图1)，其机械臂难以覆盖被检设备的所有位置。专利技术专利201410562419.6提及了一种基于巡检机器人的变电站室内屏柜检测装置及检测方法(附图2)，该装置采用轨道运行方式，活动空间受限，只能对单个室内的屏柜进行检测。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种用于开关柜局部放电检测的机械臂及控制方法，能够保证特高频和地电波传感器的可靠检测。本专利技术的第一目的是提供一种用于开关柜局部放电检测的机械臂，本机械臂可以安装在任何一种移动机器人平台上，代替人工对开关柜进行局部放电检测。本专利技术的第二目的是提供一种针对于上述机械臂的控制方法，该控制方法可以对开关柜的检测位置精确定位，并且对传感器与检测部位的压紧力进行设置，从而保证特高频和地电波传感器的可靠检测；同时，通过该方法还可以使传感器沿开关柜缝隙运动，从而保证超声波传感器的可靠检测。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于开关柜局部放电检测的机械臂，包括依次连接的升降关节、滑动关节、肩部旋转关节、肘部旋转关节和腕部旋转关节，所述腕部旋转关节通过柔性连接机构连接有局部放电检测传感器，所述滑动关节与升降关节轴线垂直布置，所述滑动关节与升降关节分别带动局部放电检测传感器对于开关柜的竖直和水平方向上的相对运动，通过肩部旋转关节、肘部旋转关节和腕部旋转关节的旋转配合，实现在局部放电检测传感器与开关柜相对位置不变时，进一步调整检测点位置和局部放电检测传感器的姿态，实现精确检测。进一步的，所述肩部旋转关节与滑动关节连接，肩部旋转关节与滑动关节轴线垂直布置。进一步的，所述肘部旋转关节与肩部旋转关节连接，肘部旋转关节与肩部旋转关节轴线平行布置，当升降关节高度确定后，通过旋转所述肘部旋转关节与肩部旋转关节，唯一的确定被检设备表面任一检测点的位置。进一步的，所述腕部旋转关节的旋转，改变局部放电检测传感器在平行于被检测设备表面方向的姿态，柔性连接机构对局部放电检测传感器在垂直于被检测设备表面方向的姿态进行微调，从而保证在局部放电检测传感器与被检测设备表面不完全平行时能够紧密的贴合。进一步的，所述局部放电检测传感器表面周边还安装了多个压力传感器，用于测量局部放电检测传感器与被检测设备表面接触的压力，以保证其可靠的贴合。进一步的，所述局部放电检测传感器还安装了距离检测传感器，用于测量传感器表面与被检测设备表面的距离，从而控制滑动关节的滑动距离。作为本领域技术人员应当知道的是，在所述机械臂中，所升降关节、滑动关节、肩部、肘部、腕部旋转关节均包含电机、减速箱、传动机构等部件，以实现升降、滑动或旋转动作与定位动作。作为优选方案，所述电机输出轴上安装增量式编码器，用于精确测量关节的旋转位置；所述传动机构输出端安装绝对式编码器，用于测量升降关节、滑动关节运动的距离，以及测量肩部、肘部、腕部关节转过的角度。当然，本领域技术人员完全能够在本专利技术的工作原理的技术上对上述机构进行改进，如增加限位机构以实现更好的位置限定，增加减震装置已使得关节活动起来无阻碍、无震动等等，这些均属于本领域技术人员在本专利技术的启示下进行的改进，理应属于本专利技术的保护范围。基于上述机械臂的控制方法，若局部放电检测传感器为特高频和地电波传感器，具体包括：(1)根据指定的检测位置和机械臂尺寸判断是否需要升起升降关节，如果需要，则计算升降关节需要升起的高度，并控制升降关节运动到所需位置；(2)根据指定目标检测位置和局部放电检测传感器的目标姿态，求出肩部关节、肘部关节、腕部关节需要转动到的角度，并控制机械臂各个关节以设定的旋转速度旋转到目标姿态角度；(3)根据距离传感器测量的传感器表面与开关柜表面的距离，控制滑动关节运动，使局部放电检测传感器逐渐贴近开关柜表面，直到紧密贴合；(4)启动局部放电检测传感器，完成一次局部放电检测，控制水平滑动关节反向运动，使局部放电检测传感器逐渐远离开关柜表面；(5)重复步骤(1)-(4)，直至完成全部特高频检测和地电波检测。所述步骤(1)中，对于指定目标检测位置为P(x，y)，假设升降关节升起高度为0，当肘部关节完全展开，即肘部关节旋转角度θ2为0，求出机械臂能够达到的最大高度Ymax：式中，L1,L3,L4分别为升降关节本体高度，肩部关节连杆长度，肘部关节连杆长度，x为指定检测位置的x轴坐标；比较Ymax与指定检测位置的y轴坐标，如果Ymax＜y，则需升起升降关节，并且升起高度至少为h＝y-Ymax；如果Ymax≥y，则无需升起升降关节，即h＝0。所述步骤(2)中，肘部关节需要转动到的角度：肩部关节需要转动到的角度：根据传感器姿态求出腕部关节需要转动到的角度：其中，L1,L3,L4分别为升降关节本体高度，肩部关节连杆长度，肘部关节连杆长度，x为指定检测位置的x轴坐标，θ1，θ2，θ3分别为肩部关节、肘部关节、腕部关节的目标旋转角度，为传感器的目标姿态角，即传感器中轴线与x轴方向的夹角。所述步骤(2)中，保证各个关节同步旋转，对各个关节的旋转速度进行设置，具体为：指定机械臂末端传感器从当前位置移动到目标位置的时间t，则肩部关节、肘部关节、腕部关节所需旋转速度分别为：式中，θ10，θ20，θ30分别为肩部关节、肘部关节、腕部关节当前的旋转角度。所述步骤(3)中，控制滑动关节运动，使局部放电检测传感器逐渐贴近开关柜表面，直到其中某个压力传感器检测到压力值；降低水平滑动关节的运动速度，使局部放电检测传感器逐渐贴紧开关柜表面，直到所有压力传感器的平均压力达到设定值。所述步骤(3)中，滑动关节运动的速度为v2＝Kp×(D-d)×δ+Kf(F-f)其中，v2为水平滑动关节的运动速度，Kp，Kf分别为运动距离和压紧力的控制系数，d为水平滑动关节实际运动的距离，f为四个压力传感器检测到的压力平均值，F为个压力传感器的平均压力设定值，δ为距离误差在水平滑动关节运动速度中的权值，当f＝0时，δ＝1，运动速度主要决定于距离误差；当f>0时，δ＝0，运动速度只决定于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于开关柜局部放电检测的机械臂，其特征是：包括依次连接的升降关节、滑动关节、肩部旋转关节、肘部旋转关节和腕部旋转关节，所述腕部旋转关节通过柔性连接机构连接有局部放电检测传感器，所述滑动关节与升降关节轴线垂直布置，所述滑动关节与升降关节分别带动局部放电检测传感器对于开关柜的竖直和水平方向上的相对运动，通过肩部旋转关节、肘部旋转关节和腕部旋转关节的旋转配合，实现在局部放电检测传感器与开关柜相对位置不变时，进一步调整检测点位置和局部放电检测传感器的姿态，实现精确检测。

【技术特征摘要】
1.一种用于开关柜局部放电检测的机械臂，其特征是：包括依次连接的升降关节、滑动关节、肩部旋转关节、肘部旋转关节和腕部旋转关节，所述腕部旋转关节通过柔性连接机构连接有局部放电检测传感器，所述滑动关节与升降关节轴线垂直布置，所述滑动关节与升降关节分别带动局部放电检测传感器对于开关柜的竖直和水平方向上的相对运动，通过肩部旋转关节、肘部旋转关节和腕部旋转关节的旋转配合，实现在局部放电检测传感器与开关柜相对位置不变时，进一步调整检测点位置和局部放电检测传感器的姿态，实现精确检测。2.如权利要求1所述的一种用于开关柜局部放电检测的机械臂，其特征是：所述肩部旋转关节与滑动关节连接，肩部旋转关节与滑动关节轴线垂直布置。3.如权利要求1所述的一种用于开关柜局部放电检测的机械臂，其特征是：所述肘部旋转关节与肩部旋转关节连接，肘部旋转关节与肩部旋转关节轴线平行布置，当升降关节高度确定后，通过旋转所述肘部旋转关节与肩部旋转关节，唯一的确定被检设备表面任一检测点的位置。4.如权利要求1所述的一种用于开关柜局部放电检测的机械臂，其特征是：所述腕部旋转关节的旋转，改变局部放电检测传感器在平行于被检测设备表面方向的姿态，柔性连接机构对局部放电检测传感器在垂直于被检测设备表面方向的姿态进行微调，从而保证在局部放电检测传感器与被检测设备表面不完全平行时能够紧密的贴合。5.如权利要求1所述的一种用于开关柜局部放电检测的机械臂，其特征是：所述局部放电检测传感器表面周边还安装了多个压力传感器，用于测量局部放电检测传感器与被检测设备表面接触的压力，以保证其可靠的贴合。6.如权利要求1所述的一种用于开关柜局部放电检测的机械臂，其特征是：所述局部放电检测传感器还安装了距离检测传感器，用于测量传感器表面与被检测设备表面的距离，从而控制滑动关节的滑动距离。7.基于如权利要求1-6中任一项所述的机械臂的控制方法，若局部放电检测传感器为特高频和地电波传感器，其特征是：具体包括：(1)根据指定的检测位置和机械臂尺寸判断是否需要升起升降关节，如果需要，则计算升降关节需要升起的高度，并控制升降关节运动到所需位置；(2)根据指定目标检测位置和局部放电检测传感器的目标姿态，求出肩部关节、肘部关节、腕部关节需要转动到的角度，并控制机械臂各个关节以设定的旋转速度旋转到目标姿态角度；(3)根据距离传感器测量的传感器表面与开关柜表面的距离，控制滑动关节运动，使局部放电检测传感器逐渐贴近开关柜表面，直到紧密贴合；(4)启动局部放电检测传感器，完成一次局部放电检测，控制水平滑动关节反向运动，使局部放电检测传感器逐渐远离开关柜表面；(5)重复步骤(1)-(4)，直至完成全部特高频检测和地电波检测。8.如权利要求7所述的控制方法，其特征是：所述步骤(1)中，对于指定目标检测位置为P(x，y)，假设升降关节升起高度为0，当肘部关节完全展开，即肘部关节旋转角度θ2为0，求出机械臂能够达到的最大高度Ymax：式中，L1,L3,L4分别为升降关节本体高度，肩部关节连杆长度，肘部关节连杆长度，x为指定检测位置的x轴坐标；比较Ymax与指定检测位置的y轴坐标，如果Ymax＜y，则需升起升降关节，并且升起高度至少为h＝y-Ymax；如果Ymax≥y，则无需升起升降关节，即h＝0。9.如权利要求7所述的控制方法，其特征是：所述步骤(2)中，肘部关节需要转动到的角度：肩部关节需要转动到的角度：

【专利技术属性】
技术研发人员：栾贻青，王海鹏，许玮，慕世友，周大洲，黄锐，白万建，李建祥，吕俊涛，慈文斌，郭锐，郝永鑫，李希智，杨尚伟，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，山东鲁能智能技术有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37