一种基于多传感器融合的变电站设备带电水冲洗机器人绝缘防护系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多传感器融合的变电站设备带电水冲洗机器人绝缘防护系统，包括控制系统和传感器组，所述传感器组采集带电变电站设备带电水冲洗机器人的倾斜角度、风速、水枪的旋转和俯仰角度，控制系统融合传感器组中各个传感器采集的工作参数，对绝缘子进行标定，结合机器人本身的倾斜角度，对标定结果进行修正，确定带电变电站设备带电水冲洗机器人相对于绝缘子的位置和状态，对带电变电站设备带电水冲洗机器人进行高度和位移调节控制，使得机器人在保证绝缘防护的基础上自主完成冲洗作业。

An insulation protection system for live water washing robot of substation equipment based on multi-sensor fusion

The invention discloses an insulation protection system of electric water washing robot for substation equipment based on multi-sensor fusion, including control system and sensor group. The sensor group collects the tilt angle, wind speed, rotating and pitching angle of the charged water washing robot for charged substation equipment, and the control system is integrated and transmitted. The working parameters collected by each sensor in the sensor group are calibrated, and the calibration results are corrected by combining the tilt angle of the robot itself, and the position and state of the charged water washing robot of the charged substation equipment relative to the insulator is determined, and the height of the charged water washing robot of the charged substation equipment is carried out. And displacement adjustment control enables the robot to complete the washing operation autonomously on the basis of ensuring insulation protection.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多传感器融合的变电站设备带电水冲洗机器人绝缘防护系统
本专利技术涉及一种基于多传感器融合的变电站设备带电水冲洗机器人绝缘防护系统。
技术介绍
电力系统中在户外运行的绝缘子长期暴露在大自然中，特别是在工业、沿海和盐碱地区域，受到工业废气、海水或自然界盐碱、粉尘等作用，通常会在绝缘子表面形成一定程度的污秽累积。受污染的绝缘子，在气候干燥的情况，污秽层电阻很大，对电力系统运行危险不大。但是，当遇到雾和阴雨等潮湿气候条件时，绝缘子表面的污秽层被湿润，电导增大，绝缘性能降低，泄漏电流急剧增加，闪络电压大大降低，此时就可能发生污秽闪络。尤其是当绝缘子设计的爬电比距不够或采用的绝缘子不能满足污秽要求时，污闪就必然出现。由于污闪跳闸后的重合闸成功率很低，绝缘子污闪容易发展成大面积、长时间的恶性停电事故，因此污闪的危害性极大，是影响电网设备安全运行的主要隐患。目前常利用变电站设备带电水冲洗机器人进行清洗工作，但目前的带电变电站设备带电水冲洗机器人只能对于水阻率、安全距离进行检测，参考的工作参数并不全面，无法融合各个采集信息，并不能很好的保障机器人的绝缘安全性。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于多传感器融合的变电站设备带电水冲洗机器人绝缘防护系统，本专利技术基于多种传感器，利用各个传感器采集的信息进行融合判断，保持绝缘安全性，保护机器人的安全和电力系统的正常运行。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于多传感器融合的变电站设备带电水冲洗机器人绝缘防护系统，包括控制系统和传感器组，所述传感器组采集带电变电站设备带电水冲洗机器人的倾斜角度、风速、水枪的旋转和俯仰角度，控制系统融合传感器组中各个传感器采集的工作参数，对绝缘子进行标定，结合机器人本身的倾斜角度，对标定结果进行修正，确定带电变电站设备带电水冲洗机器人相对于绝缘子的位置和状态，对带电变电站设备带电水冲洗机器人进行高度和位移调节控制，使得机器人在保证绝缘防护的基础上自主完成冲洗作业。具体的，所述传感器组包括激光传感器、倾斜角度传感器、水电阻率传感器、风速传感器、超声波传感器、旋转角度传感器、俯仰角度传感器和直线位移传感器，所述直线位移传感器和倾角传感器位于带电变电站设备带电水冲洗机器人底部，激光传感器位于带电变电站设备带电水冲洗机器人上，旋转角度传感器、俯仰角度传感器位于水枪上，风速传感器位于带电变电站设备带电水冲洗机器人上方，压力传感器位于水箱的出口压力处，水电阻率传感器位于水箱的出口处，超声波传感器设置于带电变电站设备带电水冲洗机器人前端，带电变电站设备带电水冲洗机器人上还设置有泄露电流检测仪。所述控制系统包括主控系统和智能冲洗系统，主控系统包括信息采集模块、运动控制模块和无线遥控模块；智能冲洗系统包括激光定位模块、安全防护模块和双机协同模块，其中：信息采集模块被配置为完成对传感器组信号的采集，所述运动控制模块被配置为完成机器人本体的运动控制，无线遥控模块被配置为辅助控制系统和主控制中心的无线远程通讯以实现远程控制；激光定位模块被配置为对绝缘子位置进行检测，以保持冲洗过程的绝缘安全，安全防护模块被配置为对控制系统的安全保护，双机协同模块被配置为与其他辅助冲洗机器人通信，以进行协同作业。所述传感器组还包括视觉传感器和图像传感器，设置于带电变电站设备带电水冲洗机器人上端。所述主控系统还配置有抗干扰模块，具体包括JTAG模块与磁耦隔离模块。所述控制系统以激光传感器数据为主，视觉传感器数据为辅，利用激光传感器采集作业现场的实际位置信息，利用该信息作为主要伺服定位数据，驱动水枪两个关节的运动，利用视觉传感器采集的数据，作为远程遥控的视频展示，与激光数据进行融合，作为伺服定位的辅助手段，实现水枪关节的准确伺服定位。进一步的，还包括超声波检测模块，所述超声波检测模块用设置于带电变电站设备带电水冲洗机器人本体上，用于实时检测带电变电站设备带电水冲洗机器人本体行进方向的障碍物信息并传送至控制系统进行相应避障。一种基于多传感器融合的变电站设备带电水冲洗机器人工作方法，实时采集带电变电站设备带电水冲洗机器人的倾斜角度、风速、水枪的旋转和俯仰角度，融合采集的工作参数，对绝缘子进行标定，结合机器人本身的倾斜角度，对标定结果进行修正，确定带电变电站设备带电水冲洗机器人相对于绝缘子的位置和状态，对带电变电站设备带电水冲洗机器人进行高度和位移调节控制，使得机器人在保证绝缘防护的基础上自主完成一冲两回或一冲多回的冲洗作业。在工作过程中进行双闭环控制，外环为实时检测带电变电站设备带电水冲洗机器人冲洗过程中冲洗水的水阻率变化及带电变电站设备带电水冲洗机器人本体的泄露电流变化，根据接收到的信息及预设的专家库，得到带电变电站设备带电水冲洗机器人的理想作业距离和喷水压力信息，进而输出至带电变电站设备带电水冲洗机器人来控制其作业距离和喷水压力；所述专家库内存储有水阻率及泄露电流分别与作业距离和喷水压力信息的对应关系；内环为实时检测带电变电站设备带电水冲洗机器人的作业距离实现对作业距离的闭环控制，同时实时检测带电变电站设备带电水冲洗机器人的喷水压力实现对喷水压力的控制，进而保证变电站设备带电水冲洗机器人的绝缘性能。对于绝缘子进行标定和机器人本体的倾斜角度的调整的方法，假设待冲洗设备区域为理想环境，建立理想情况模型，确定水枪的冲洗角度范围与激光传感器在水平方向及垂直方向的伺服控制量；读取实际操作环境中机器人的倾斜角度，以及机器人倾斜后喷枪位置的改变参数，修订机器人倾斜后水枪的俯仰区间。利用激光传感器采集作业现场绝缘子串的实际位置信息，将该信息作为主要伺服定位数据，利用视觉传感器采集的数据，与激光数据进行融合，作为伺服定位的辅助手段，实现水枪关节的准确伺服定位，同时利用倾斜角传感器实时检测机器人的倾斜角度，依此角度信息，对伺服定位指令进行修正，驱动水枪运动，瞄准绝缘子串。得到伺服定位指令前先确定绝缘子顶部高度，激光传感器安装位置距地面高度，激光传感器与绝缘支柱间距离，水枪最小冲洗角度以及其最大冲洗角度。当变电站设备带电水冲洗机器人本体自身发生角度倾斜时，利用机器人的倾斜角度对水枪最小冲洗角度以及其最大冲洗角度进行修正。对于倾斜式绝缘子，检测X轴方向和Y轴方向的两个方向的位移值，以此修正得到水枪在Y轴方向的检测范围和在X轴方向的冲洗范围。水枪打击的有效角度区域于激光传感器的安装角度有关。对于水枪的水平方向伺服控制量为在激光测量坐标系下，绝缘子方向角度与水枪打击有效角度间的偏差。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术采用全自动实时监测，能够保证变电站设备带电水冲洗机器人在清洗绝缘子串时能够正确根据自身姿态以及与绝缘子串的距离和相对角度进行自瞄准，进而自调整，实现自动精确冲洗；(2)本专利技术提出的变电站设备带电水冲洗机器人的控制系统，采用激光的扇幅扫描的控制方式，能够使机器人在不平整路面发生倾斜时，有效的偏移瞄准；(3)本专利技术综合了风速、机器人本体的倾斜等众多传感数据，能够对机器人与绝缘子的相对位置和状态有全面、详细的掌握，能够精确进行冲洗的同时，保证机器人的绝缘防护。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多传感器融合的变电站设备带电水冲洗机器人绝缘防护系统，其特征是：包括控制系统和传感器组，所述传感器组采集带电变电站设备带电水冲洗机器人的倾斜角度、风速、水枪的旋转和俯仰角度，控制系统融合传感器组中各个传感器采集的工作参数，对绝缘子进行标定，结合机器人本身的倾斜角度，对标定结果进行修正，确定带电变电站设备带电水冲洗机器人相对于绝缘子的位置和状态，对带电变电站设备带电水冲洗机器人进行高度和位移调节控制，使得机器人在保证绝缘防护的基础上自主完成冲洗作业。

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器融合的变电站设备带电水冲洗机器人绝缘防护系统，其特征是：包括控制系统和传感器组，所述传感器组采集带电变电站设备带电水冲洗机器人的倾斜角度、风速、水枪的旋转和俯仰角度，控制系统融合传感器组中各个传感器采集的工作参数，对绝缘子进行标定，结合机器人本身的倾斜角度，对标定结果进行修正，确定带电变电站设备带电水冲洗机器人相对于绝缘子的位置和状态，对带电变电站设备带电水冲洗机器人进行高度和位移调节控制，使得机器人在保证绝缘防护的基础上自主完成冲洗作业。2.如权利要求1所述的一种基于多传感器融合的变电站设备带电水冲洗机器人绝缘防护系统，其特征是：所述传感器组包括激光传感器、倾斜角度传感器、水电阻率传感器、风速传感器、超声波传感器、旋转角度传感器、俯仰角度传感器和直线位移传感器，所述直线位移传感器和倾角传感器位于带电变电站设备带电水冲洗机器人底部，激光传感器位于带电变电站设备带电水冲洗机器人上，旋转角度传感器、俯仰角度传感器位于水枪上，风速传感器位于带电变电站设备带电水冲洗机器人上方，压力传感器位于水箱的出口压力处，水电阻率传感器位于水箱的出口处，超声波传感器设置于带电变电站设备带电水冲洗机器人前端，带电变电站设备带电水冲洗机器人上还设置有泄露电流检测仪。3.如权利要求1所述的一种基于多传感器融合的变电站设备带电水冲洗机器人绝缘防护系统，其特征是：所述控制系统包括主控系统和智能冲洗系统，主控系统包括信息采集模块、运动控制模块和无线遥控模块；智能冲洗系统包括激光定位模块、安全防护模块和双机协同模块，其中：信息采集模块被配置为完成对传感器组信号的采集，所述运动控制模块被配置为完成机器人本体的运动控制，无线遥控模块被配置为辅助控制系统和主控制中心的无线远程通讯以实现远程控制；激光定位模块被配置为对绝缘子位置进行检测，以保持冲洗过程的绝缘安全，安全防护模块被配置为对控制系统的安全保护，双机协同模块被配置为与其他辅助冲洗机器人通信，以进行协同作业。4.如权利要求1所述的一种基于多传感器融合的变电站设备带电水冲洗机器人绝缘防护系统，其特征是：所述传感器组还包括视觉传感器和图像传感器，设置于带电变电站设备带电水冲洗机器人上端。5.如权利要求1所述的一种基于多传感器融合的变电站设备带电水冲洗机器人绝缘防护系统，其特征是：所述控制系统以激光传感器数据为主，视觉传感器数据为辅，利用激光传感器采集作业现场的实际位置信息，利用该信息作为主要伺服定位数据，驱动水枪两个关节的运动，利用视觉传感器采集的数据，作为远程遥控的视频展示，与激光数据进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超英，苏建军，李振杰，王彦良，许玮，慕世友，韩克存，李华东，陈晓红，李建祥，李健，王振利，陈强，张岩，赵金龙，许磊，刘宗杰，
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，国网山东省电力公司济宁供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37