一种基于双机协同控制的变电站设备带电水冲洗机器人系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双机协同控制的变电站设备带电水冲洗机器人系统及方法，包括实时通讯的自主冲洗机器人和辅助冲洗装置，所述自主冲洗机器人和辅助冲洗装置均包括冲洗水枪，所述冲洗水枪与垂直升降机构和水平运动机构相连，通过协同控制两个冲洗水枪的俯仰及旋转角度，保持自主冲洗机器人和辅助冲洗装置在绝缘子两侧进行同步清洗。本发明专利技术利用可移动式机器人和辅助冲洗装置进行配合，实现双机在不同侧面同时对同意绝缘子进行清洗，保证了清洗的快速与效果，有利于电网设备的安全运行。

System and method of live water washing robot for substation equipment based on dual machine cooperative control

The invention discloses a system and method of a live water flushing robot for a substation equipment based on dual machine control, including an autonomous rinsing robot and an auxiliary flushing device for real-time communication. The autonomous washing robot and auxiliary flushing device include a flushing water gun, the washing water gun, the vertical lifting mechanism and the horizontal transport. The moving mechanism is connected. By coordinating the pitching and rotation angles of the two flushing water guns, the autonomous washing robot and the auxiliary flushing device are kept on both sides of the insulator for synchronous cleaning. The invention makes use of the mobile robot and the auxiliary flushing device to realize the cleaning of the consenting insulators at the same side in different sides, which ensures the quick and effect of the cleaning, and is beneficial to the safe operation of the power grid equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双机协同控制的变电站设备带电水冲洗机器人系统及方法
本专利技术涉及一种基于双机协同控制的变电站设备带电水冲洗机器人系统及方法。
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。目前常使用移动冲洗机器人进行绝缘子的冲洗，但是，现有冲洗时常常只使用一台水冲洗机器人进行冲洗，在冲洗时无法对称360°布设的绝缘子进行一次到位冲洗，需要反复移动机器人和纯水制备装置，给冲洗带来诸多不便，使得控制过程复杂化，且无法保证绝缘子的快速、精确性和一次性冲洗，成本高，工作利用率低，对于大型变电站的绝缘子清洗，这种缺点无疑更为严重。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种基于双机协同控制的变电站设备带电水冲洗机器人系统及方法，本专利技术利用可移动式机器人和辅助冲洗装置进行配合，实现双机在不同侧面同时对同意绝缘子进行清洗，保证了清洗的快速与效果，有利于电网设备的安全运行。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于双机协同控制的变电站设备带电水冲洗机器人系统，包括实时通讯的自主冲洗机器人和辅助冲洗装置，所述自主冲洗机器人和辅助冲洗装置均包括冲洗水枪，所述冲洗水枪与垂直升降机构和水平运动机构相连，通过协同控制两个冲洗水枪的俯仰及旋转角度，保持自主冲洗机器人和辅助冲洗装置在绝缘子两侧进行同步清洗。进一步的，所述自主冲洗机器人包括升降冲洗机构、移动机构和控制系统，所述升降冲洗机构包括绝缘支撑、设置于绝缘支撑上端的水枪、以及带动水枪进行竖直和水平方向上运动的垂直摆动油缸与水平摆动油缸；所述移动机构具有行走机构，承载升降冲洗机构移动；所述控制系统包括控制器和传感器组，所述控制系统融合传感器组采集的工作参数，对升降冲洗机构和移动机构进行相应控制，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。进一步的，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绝缘支撑底部，激光传感器位于绝缘支撑上，旋转角度传感器、俯仰角度传感器位于水枪上，风速传感器位于绝缘支撑上方，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行走机构前端。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器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辅助冲洗装置的协同作业控制。进一步的，所述升降冲洗机构的上端设置有视觉传感器和图像传感器。进一步的，所述控制器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，所述控制器通过倾斜角传感器实时检测机器人的倾斜角度，依此角度信息，通过计算修正机器人系统的冲洗时水枪的控制参数，实现实际环境下的水冲洗作业。对绝缘子进行标定，检测机器人本体的倾斜角度，根据标定结果和倾斜角度判断绝缘子的位置和状态，制定合理的水冲洗策略，水冲洗机器人按照上述策略进行冲洗作业，同时检测水枪的二垂直自由度机构的旋转和俯仰角度，以此作为水枪冲洗位置的反馈依据，检测升降装置的状态，与此同时，检测风速的情况，控制器判断风速对水柱造成的影响，并在水枪的控制上对水枪状态进行补偿，在整个冲洗过程中检测电流的泄漏情况。辅助冲洗装置，包括可拆卸的上下两部，其中上部为绝缘冲洗机构，下部为移动机构；所述移动机构包括移动支架，所述移动支架上安装有控制器及与其相连的驱动单元；所述绝缘冲洗机构包括绝缘杆件，所述绝缘杆件的下端安装在移动机构上，绝缘杆件的上端安装有水枪，所述水枪还分别与垂直升降机构和水平运动机构相连，所述垂直升降机构和水平运动机构分别与驱动单元相连，分别用于调整支座式辅助冲洗装置上水枪的俯仰及旋转角度，使其对准作业对象，来辅助水冲机器人进行冲洗作业。进一步的，所述移动支架上还布置支腿和水平仪，所述水平仪用于支座式辅助冲洗装置在作业前的平衡，保持冲洗作业的稳定性。本专利技术的移动支架可选为人工行走方式，在冲洗支架上布置水平仪，便于在作业前进行支腿的找平，保持冲洗作业的稳定性。进一步的，所述垂直升降机构还与直线位移传感器相连，所述直线位移传感器用于实时检测垂直升降机构的升降高度并传送至控制器。进一步的，所述绝缘杆件上还安装有激光传感器和倾斜角传感器，所述激光传感器和倾斜角传感器分别与控制器相连；所述激光传感器用于对在支座式辅助冲洗装置冲洗作业前对绝缘子进行标定，所述倾斜角传感器用于作业开始后实时检测所述支座式辅助冲洗装置本体的倾斜角度，所述控制器用于根据绝缘子的标定结果和支座式辅助冲洗装置本体的倾斜角度，判断绝缘子的位置和状态，进而制定的水冲洗策略。一种基于双机协同控制的变电站带电水冲洗方法，具体包括以下步骤：(1)自主冲洗机器人和辅助冲洗装置实时通讯，保证接收的信号和发出的命令有相同的时间基点；(2)自主冲洗机器人和辅助冲洗装置的俯仰驱动装置为伺服电机，对俯仰角速度进行实时准确的调节，以保证两者的协调配合；(3)设定好冲洗模式，自主冲洗机器人和辅助冲洗装置分别根据距离绝缘子的距离和自身的倾斜角度计算出俯仰量程，根据冲洗模式确定站点数量，以及每两个站点之间需要俯仰的角度；(4)每到达一个站点，自主冲洗机器人和辅助冲洗装置之间相互等待，通过设置等待时段避免作业过程中的累积误差。自主冲洗机器人完成主冲洗作业，辅助冲洗装置完成跟随作业，辅助冲洗装置位于自主冲洗机器人的下方一定距离处，以切断自主冲洗机器人冲洗作业产生的水流，达到绝缘的目的。在冲洗作业过程中，存在对绝缘子冲洗的模式选择即一冲一回或一冲N回，N为大于1的整数，根据N的取值确定站点数量，以及每两个站点之间需要俯仰的角度。所述自主冲洗机器人和辅助冲洗装置形成的双枪分别布置于待冲洗设备两侧，使冲洗水柱能够环抱整个冲洗设备截面，从而有效防止冲洗时污闪事故的发生。辅助冲洗装置冲洗点位于自主冲洗机器人冲洗点下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双机协同控制的变电站设备带电水冲洗机器人系统，其特征是：包括实时通讯的自主冲洗机器人和辅助冲洗装置，所述自主冲洗机器人和辅助冲洗装置均包括冲洗水枪，所述冲洗水枪与垂直升降机构和水平运动机构相连，通过协同控制两个冲洗水枪的俯仰及旋转角度，保持自主冲洗机器人和辅助冲洗装置在绝缘子两侧进行同步清洗。

【技术特征摘要】
1.一种基于双机协同控制的变电站设备带电水冲洗机器人系统，其特征是：包括实时通讯的自主冲洗机器人和辅助冲洗装置，所述自主冲洗机器人和辅助冲洗装置均包括冲洗水枪，所述冲洗水枪与垂直升降机构和水平运动机构相连，通过协同控制两个冲洗水枪的俯仰及旋转角度，保持自主冲洗机器人和辅助冲洗装置在绝缘子两侧进行同步清洗。2.如权利要求1所述的一种基于双机协同控制的变电站设备带电水冲洗机器人系统，其特征是：所述自主冲洗机器人包括升降冲洗机构、移动机构和控制系统，所述升降冲洗机构包括绝缘支撑、设置于绝缘支撑上端的水枪、以及带动水枪进行竖直和水平方向上运动的垂直摆动油缸与水平摆动油缸；所述移动机构具有行走机构，承载升降冲洗机构移动；所述控制系统包括控制器和传感器组，所述控制系统融合传感器组采集的工作参数，对升降冲洗机构和移动机构进行相应控制，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。3.如权利要求2所述的一种基于双机协同控制的变电站设备带电水冲洗机器人系统，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绝缘支撑底部，激光传感器位于绝缘支撑上，旋转角度传感器、俯仰角度传感器位于水枪上，风速传感器位于绝缘支撑上方，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行走机构前端。4.如权利要求1所述的一种基于双机协同控制的变电站设备带电水冲洗机器人系统，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器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辅助冲洗装置的协同作业控制。5.如权利要求1所述的一种基于双机协同控制的变电站设备带电水冲洗机器人系统，其特征是：所述辅助冲洗装置，包括可拆卸的上下两部，其中上部为绝缘冲洗机构，下部为移动机构；所述移动机构包括移动支架，所述移动支架上安装有控制器及与其相连的驱动单元；所述绝缘冲洗机构包括绝缘杆件，所述绝缘杆件的下端安装在移动机构上，绝缘杆件的上端安装有水枪，所述水枪还分别与垂直升降机构和水平运动机构相连，所述垂直升降机构和水平运动机构分别与驱动单元相连，分别用于调整支座式辅助...

【专利技术属性】
技术研发人员：许玮，苏建军，李振杰，逯怀东，慕世友，李超英，石鑫，傅孟潮，张庆，陈玉峰，李建祥，赵金龙，李健，王振利，陈强，董旭，张岩，
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南供电公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37