高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制系统及控制方法，控制系统包括：电流传感器，用于检测避障臂内悬浮线圈电流大小；倾角传感器，用于检测机器人相对水平面的倾斜角度；加速度传感器，用于检测机器人在垂直高压输电线切线方向的加速度；距离检测传感器，用于检测位于避障臂的线缆保护套内的高压输电线与保护套中心轴线的距离；控制器，基于所述电流传感器、倾角传感器、加速度传感器和距离检测传感器的检测，控制所述悬浮线圈电流的大小，使机器人在高压输电线上处于平稳悬浮状态。本公开保证机器人稳定通过输电线上遇到的各种障碍结构，即使高压输电线的坡度发生变化时，也可对悬浮力进行有效控制，使机器人始终处于悬浮状态。

Suspension force control system and control method of high voltage direct current transmission line magnetic force robot

The invention discloses a levitation force control system and a control method of a magnetic robot for HVDC transmission line. The control system comprises a current sensor for detecting the current of the levitation coil in the obstacle avoidance arm, a tilt sensor for detecting the tilt angle of the robot relative to the horizontal plane, and an acceleration sensor for detecting the machine. The acceleration of the robot in the tangent direction of the vertical high-voltage transmission line; the distance detection sensor is used to detect the distance between the high-voltage transmission line and the central axis of the protective sheath located in the cable sheath of the obstacle avoidance arm; and the controller is based on the detection of the current sensor, the inclination sensor, the acceleration sensor and the distance detection sensor. The current of the suspension coil is controlled so that the robot is in a stable suspension state on the high voltage transmission line. The invention guarantees that the robot can stably pass through various obstacle structures encountered on the transmission line, and can effectively control the levitation force even when the slope of the high-voltage transmission line changes, so that the robot is always in the levitation state.

【技术实现步骤摘要】
高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制系统及控制方法
本专利技术涉及高压输电线路巡线机器人
，高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制系统及控制方法。
技术介绍
目前高压输电线路巡线机器人已成为国内外研究的热点，传统的巡线机器人多采用轮臂复合式机构，外形尺寸大，机身笨重，由于轮臂式机器人的滑轮与高压线直接接触，存在摩擦和打滑等问题，降低巡线机器人的工作效率。湖北工业大学徐显金等人提出一种磁悬浮式磁力驱动机器人的方案，利用高压线周围产生的磁场实现磁力驱动，这种方案减小了机器人的外形尺寸，简化了结构，并且完全消除了摩擦和打滑等问题。本专利技术涉及上述方案中的磁力驱动机器人，通过控制机器人驱动线圈的电流，使机器人适应高压线坡度变化，并能稳定越过各种障碍结构，提高机器人的自动化程度。
技术实现思路
本公开一方面的目的在于提供一种高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制系统，包括：电流传感器，用于检测避障臂内悬浮线圈电流大小；倾角传感器，用于检测机器人相对水平面的倾斜角度；加速度传感器，用于检测机器人在垂直高压输电线切线方向的加速度；测距传感器，用于检测位于避障臂的线缆保护套内的高压输电线与保护套中心轴线之间的距离；控制器，基于所述电流传感器、倾角传感器、加速度传感器和距离检测传感器的检测，控制所述悬浮线圈电流的大小，使机器人在高压输电线上处于平稳悬浮状态。在上述的高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制系统，所述机器人处于悬浮状态时，所述控制器将所述悬浮线圈的电流调整为：式(1)，B1为悬浮线圈有效长边处的磁场强度，B2为悬浮线圈无效长边处的磁场强度，L1为悬浮线圈有效长边和无效长边的长度，G为机器人的重力，θ为机器人相对水平面的倾斜角度。在上述的高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制系统，所述机器人具有三个避障臂，按前进方向依次为第一避障臂、第二避障臂和第三避障臂。在上述的高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制系统，第一避障臂越障时，第一避障臂中悬浮线圈的电流IA1＝0，悬浮力FA1＝0，所述控制器将第二避障臂中悬浮线圈电流IB1和第三避障臂IC1中悬浮线圈电流调整为：第二避障臂越障时，第二避障臂中悬浮线圈的电流IB2＝0，悬浮力FB2＝0，所述控制器将第一避障臂中悬浮线圈电流IA2和第三避障臂中悬浮线圈电流IC2调整为第三避障臂越障时，第三避障臂中悬浮线圈的电流IC3＝0，悬浮力FC3＝0，所述控制器将第一避障臂中悬浮线圈电流IA3和第三避障臂中悬浮线圈电流IB3调整为式(2)～(6)中，G为机器人的重力，a为第一避障臂与第二避障臂之间的距离，b为第二避障臂与第三避障臂之间的距离，B1为悬浮线圈有效长边处的磁场强度，B2为悬浮线圈无效长边处的磁场强度，L1为悬浮线圈有效长边和无效长边的长度，G为机器人的重力，θ为机器人相对水平面的倾斜角度。本公开另一方面的目的在于一种高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制方法，包括如下步骤：倾角传感器检测机器人相对水平面的倾斜角度，电流传感器检测避障臂内悬浮线圈电流大小，基于所述倾角传感器和电流传感器的检测将悬浮线圈的电流调整到使机器人在高压输电线上处于悬浮状态时所需的电流值；测距传感器检测位于避障臂的线缆保护套内的高压输电线与保护套中心轴线之间的距离，基于所述测距传感器的检测调整悬浮线圈的电流使高压输电线位于保护套中心轴线上；加速度传感器检测机器人在垂直高压输电线方向的加速度，基于所述加速度传感器的检测调整悬浮线圈的电流，使机器人在垂直输电线方向上的加速度值为零，处于平稳的悬浮状态。在上述的高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制方法，所述机器人处于悬浮状态时，所述悬浮线圈的电流为：式(7)，B1为悬浮线圈有效长边处的磁场强度，B2为悬浮线圈无效长边处的磁场强度，L1为悬浮线圈有效长边和无效长边的长度，G为机器人的重力，θ为机器人相对水平面的倾斜角度。在上述的高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制方法，所述机器人具有三个避障臂，按前进方向依次为第一避障臂、第二避障臂和第三避障臂。在上述的高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制方法，第一避障臂越障时，第一避障臂中悬浮线圈的电流IA1＝0，悬浮力FA1＝0，将第二避障臂中悬浮线圈电流IB1和第三避障臂IC1中悬浮线圈电流调整为：第二避障臂越障时，第二避障臂中悬浮线圈的电流IB2＝0，悬浮力FB2＝0，将第一避障臂中悬浮线圈电流IA2和第三避障臂中悬浮线圈电流IC2调整为第三避障臂越障时，第三避障臂中悬浮线圈的电流IC3＝0，悬浮力FC3＝0，将第一避障臂中悬浮线圈电流IA3和第三避障臂中悬浮线圈电流IB3调整为式(8)～(12)中，G为机器人的重力，a为第一避障臂与第二避障臂之间的距离，b为第二避障臂与第三避障臂之间的距离，B1为悬浮线圈有效长边处的磁场强度，B2为悬浮线圈无效长边处的磁场强度，L1为悬浮线圈有效长边和无效长边的长度，G为机器人的重力，θ为机器人相对水平面的倾斜角度。本公开保证磁力悬浮机器人可稳定通过输电线上遇到的各种障碍结构，由于高压输电线路在重力作用下呈悬链线结构，当高压输电线的坡度发生变化时，可控制磁力机器人悬浮力的大小，使机器人始终处于悬浮状态。附图说明图1为根据本公开的一个实施方式的高压直流输电线磁力机器人结构示意图。图2为根据本公开的一个实施方式的避障臂打开后的结构示意图。图3为根据本公开的一个实施方式的悬浮线圈的悬浮力分析图。图4为根据本公开的一个实施方式的磁力机器人在输电线上受力分析图。图5为根据本公开的一个实施方式的磁力机器人控制系统框图。图6为根据本公开的一个实施方式的悬浮线圈中电流控制电路图。图7为根据本公开的一个实施方式的测距传感器在安装位置示意图。图8为根据本公开的一个实施方式的磁力机器人悬浮力控制流程图。图9为根据本公开的一个实施方式的第一避障臂张开时磁力机器人受力分析图。图10为根据本公开的一个实施方式的第二避障臂张开时磁力机器人受力分析图。图11为根据本公开的一个实施方式的第三避障臂张开时磁力机器人受力分析图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细的说明。本公开主要对磁悬浮式磁力驱动机器人中悬浮线圈的电流进行控制，进而实现对悬浮力的控制，保证机器人稳定通过输电线上遇到的各种障碍结构，即使高压输电线的坡度发生变化时，也可对悬浮力进行有效控制，使机器人始终处于悬浮状态。高压直流输电线磁力悬浮机器人的悬浮力由安培力提供，根据安培力的公式F＝BIL，当通有电流的导线经过磁场区域时，带电导线会受到安培力的作用，安培力的方向由左手定则判断，即伸开左手，使拇指与其它四指垂直且在同一平面内，让磁感线从手心流入，四指指向电流的方向，大拇指指向就是安培力的方向，安培力大小的计算公式为F＝BIL，其中B表示的为磁场区域的磁场强度，I表示带电导线的电流大小，L表示处于磁场中带电导线的长度，根据右手螺旋定则得到高压输电线周围产生的磁场的方向，即用右手握住高压输电线，右手大拇指指向高压输电线中电流的方向，四指的方向为磁场的方向，高压导线周围会产生磁场区域，规定在平面内，磁场的方向垂直平面向外用“·”表示，磁场的方向垂直平面向内用“×”表示。其中，悬浮线圈的结构及其在避障臂的悬浮瓦上的安装方式可参见公开号CN103595301本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制系统，其特征在于，包括：电流传感器，用于检测避障臂内悬浮线圈电流大小；倾角传感器，用于检测机器人相对水平面的倾斜角度；加速度传感器，用于检测机器人在垂直高压输电线切线方向的加速度；测距传感器，用于检测位于避障臂的线缆保护套内的高压输电线与保护套中心轴线之间的距离；控制器，基于所述电流传感器、倾角传感器、加速度传感器和距离检测传感器的检测，控制所述悬浮线圈电流的大小，使机器人在高压输电线上处于平稳悬浮状态。

【技术特征摘要】
1.一种高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制系统，其特征在于，包括：电流传感器，用于检测避障臂内悬浮线圈电流大小；倾角传感器，用于检测机器人相对水平面的倾斜角度；加速度传感器，用于检测机器人在垂直高压输电线切线方向的加速度；测距传感器，用于检测位于避障臂的线缆保护套内的高压输电线与保护套中心轴线之间的距离；控制器，基于所述电流传感器、倾角传感器、加速度传感器和距离检测传感器的检测，控制所述悬浮线圈电流的大小，使机器人在高压输电线上处于平稳悬浮状态。2.根据权利要求1所述的高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制系统，其特征在于，所述机器人处于悬浮状态时，所述控制器将所述悬浮线圈的电流调整为：式(1)，B1为悬浮线圈有效长边处的磁场强度，B2为悬浮线圈无效长边处的磁场强度，L1为悬浮线圈有效长边和无效长边的长度，G为机器人的重力，θ为机器人相对水平面的倾斜角度。3.根据权利要求1所述的高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制系统，其特征在于，所述机器人具有三个避障臂，按前进方向依次为第一避障臂、第二避障臂和第三避障臂。4.根据权利要求3所述的高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制系统，其特征在于，第一避障臂越障时，第一避障臂中悬浮线圈的电流IA1＝0，悬浮力FA1＝0，所述控制器将第二避障臂中悬浮线圈电流IB1和第三避障臂IC1中悬浮线圈电流调整为：第二避障臂越障时，第二避障臂中悬浮线圈的电流IB2＝0，悬浮力FB2＝0，所述控制器将第一避障臂中悬浮线圈电流IA2和第三避障臂中悬浮线圈电流IC2调整为第三避障臂越障时，第三避障臂中悬浮线圈的电流IC3＝0，悬浮力FC3＝0，所述控制器将第一避障臂中悬浮线圈电流IA3和第三避障臂中悬浮线圈电流IB3调整为式(2)～(6)中，G为机器人的重力，a为第一避障臂与第二避障臂之间的距离，b为第二避障臂与第三避障臂之间的距离，B1为悬浮线圈有效长边处的磁场强度，B2为悬浮线圈无效长边处的磁场强度，L1为悬浮线圈有效长边和无效长边的长度，G为机器人的重力，θ为机器人相对水平面的倾斜角度。5.一种高压直流输电线磁力机器人悬浮力控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨智勇，李书廷，徐显金，郑拓，严宇，王君，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42