一种GIS检测机器人超声局放探头定位贴合系统的制作方法

本实用新型涉及一种gis检测机器人的超声局放探头定位贴合系统。

背景技术：

与常规设备相比，gis具有占地面积小、结构紧凑、电磁兼容性好、运行安全可靠等优点，gis在电力系统中的应用越来越广泛。但其结构复杂、制造质量要求高；检修时间长，停电范围影响大，而且检修工艺要求十分精细，稍有不慎就可能会造成检修质量问题。gis内可能因生产制造或长期运行中出现的潜伏性绝缘缺陷而导致不同程度的局部放电，长期放电会引起绝缘劣化。要保证gis安全的运行，必须加强和重视对gis设备的局部放电检测工作。

局部放电是指在电力设备绝缘系统中，由于绝缘体内存在裂纹、气隙、针尖状突出物、可自由移动的金属微粒、固定微粒或其周围存在悬浮电位体、导体间接触不良等原因，而造成电力设备局部区域发生放电、漏电的现象。gis设备局部放电时会产生声波，因此可以通过测取gis外壳上的声波信号来检测gis设备内部的局部放电故障。常用的超声检测法是通过贴在金属壳体外的传感器接收超声信号并将其转换为电信号，以检测放电信号的大小、频率特性等。超声波定位法灵敏度较好，定位准确度高。但是其有效范围较小，需要检测多个位置，现场应用时人工作业较为繁重、安全性较差。

近年来机器人技术在变电站巡检中应用越来越广泛。但到目前为止，机器人巡检所检测的项目主要为光学检测如可见光摄像、红外热像检测、紫外检测等一些非接触检测。而对于gis设备非常重要的局放检测项目如超声波、特高频局部放电检测等仍然主要依靠技术人员定期开展。检测工作不仅占用了大量的人力资源，且检测人员的技术水平对检测结果也有较大影响，采用机器人代替人来检测已经是一种趋势，但是如何将超声局放探头准确定位贴合到被测部位仍是需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提出一种gis检测机器人超声局放探头定位贴合系统。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种gis检测机器人超声局放探头定位贴合系统，包括超声局放检测探头，超声局放检测探头被设置在移动机器人小车的机械臂的前端，机械臂可多角度弯曲转向，机械臂的前端设置有压力传感器，机器人小车上设置有激光雷达和gps天线以及用于图像识别测量标记的云台相机，机器人小车中设置有控制器，控制器无线连接远端的检测控制服务器，其中，在机械臂前端设置有自适应夹持装置，超声局放检测探头被固定在自适应夹持装置上，所述自适应夹持装置包括一个底盘座，底盘座用于与移动机器人小车的机械臂连接，在底盘座中心设置固定有一个球形铰链座，一个连接杆一端与球形铰链座球形铰链连接，连接杆另一端支撑设置有一个平衡架，平衡架上设置有弹性柱，所述超声局放检测探头固定在弹性柱上，至少有三个可调节的弹性平衡连杆等距离间隔设置在平衡架圆周上与底盘座连接，弹性平衡连杆用于实现平衡架的状态柔性变形，在初始状态下，调节弹性平衡连杆使连接杆垂直于底盘座平面，以及使所述平衡架平行于所述底盘座平面。

方案进一步是：所述弹性平衡连杆包括上连杆、下连杆和可伸缩的弹簧柱，上连杆的下端和下连杆的上端通过正反螺口连接在弹簧柱两端，上连杆的上端连接平衡架，下连杆的下端连接底盘座，转动弹簧柱可以对连接杆垂直于底盘座平面，以及使所述平衡架平行于所述底盘座平面进行调节。

方案进一步是：所述平衡架是十字交叉平衡轴架，所述弹性平衡连杆有四个，四个弹性平衡连杆连接十字交叉平衡轴外端，并从平衡架向外斜向连接至底盘座。

方案进一步是：所述弹性柱是螺栓柱弹簧，所述螺栓柱弹簧是由两个螺栓柱之间套接弹簧组成，两个螺栓柱外端分别螺纹连接超声局放检测探头和平衡架。

方案进一步是：所述弹性柱是是弹性橡胶绝缘柱，所述超声局放检测探头通过粘接固定在橡胶绝缘柱上。

方案进一步是：所述相机是双目立体相机。

与已有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型在传统的超声检测法基础上，设计了基于机械臂、自适应夹持器和视觉定位导引的超声局放探头定位贴合系统，使得gis超声波局部放电检测探头可自动与被测部位良好接触，且压力适当。

2、采用了仿人手臂机械臂构型，可以精确做到上下、前后、旋转等运动，允许超声波探头与gis腔体紧密贴合，减少了gis腔体表面和检测头间的间隙，降低了超声波在空气中的损耗，使得检测精确度提高。

3、人工测试常常伴有很多不确定性因素，由于人的疲劳等情况可能在采集时未能采集到准确测试点的数据，使用双目立体相机进行标记物识别，获得高精度的数字化位置信息，能高精度的识别标志物的三维空间坐标，定位准确。

4、机器人使用过程中受电磁波，天气等周围环境影响仍具有一些不确定性因素，采用自适应贴合系统进行贴合可弥补环境和算法以及机器人硬件因素带来的误差。

5、机器人上搭载了三维激光雷达和差分gps导航系统，通过两套系统之间的交互，能轻松应对各种复杂场景，完成高精度地图构建和导航。

下面结合附图和实施例对本实用新型作一详细描述。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型自适应夹持装置结构示意图；

图3是本实用新型弹性平衡连杆结构示意图；

图4是本实用新型弹性柱结构示意图；

图5是gis腔体示意图。

具体实施方式

一种gis检测机器人超声局放探头定位贴合系统，如图1和图2所示，所述gis检测机器人超声局放探头定位贴合系统包括超声局放检测探头1，超声局放检测探头由接触头部、信号传输器和接触底部三部分组成，接触头部放置局放传感器，将声信号转换为电信号，利用局部放大滤波电路，通过信号传输器，传至底部集电环，再通过导线引出传至信号采集器，实现超声信号检测，探头是一种成熟的现有产品技术。超声局放检测探头被设置在移动机器人小车2的机械臂201的前端，机械臂设置多个转动节点可多角度弯曲转向，机械臂的前端设置有压力传感器202用于感应探头碰触压力，机器人小车2上设置有激光雷达203和gps天线204以及用于图像识别测量标记的云台相机205，相机是双目立体相机，机器人小车中设置有控制器206，控制器控制驱动机器人所携带的各个部件，并接收个传感器的信息，包括接收超声局放检测探头1的信息，直接处理或发送至远端的检测控制服务器207，并接收检测控制服务器207的控制信号，控制器206无线连接远端的检测控制服务器207，其中，在机械臂前端设置有自适应夹持装置3，超声局放检测探头被固定在自适应夹持装置上，如图2所示，所述自适应夹持装置包括一个底盘座301，底盘座301用于与移动机器人小车的机械臂连接，在底盘座中心设置固定有一个球形铰链座302，一个连接杆303一端与球形铰链座球形铰链连接，或称为万向转动连接，连接杆另一端支撑设置有一个平衡架304，平衡架304上设置有弹性柱305，所述超声局放检测探头固定在弹性柱上，至少有三个可调节的弹性平衡连杆306等距离间隔设置在平衡架圆周上与底盘座连接，弹性平衡连杆306用于实现平衡架的状态柔性变形，在探头1为贴合的初始为状态下，调节弹性平衡连杆使连接杆垂直于底盘座平面，以及使所述平衡架平行于所述底盘座平面。

实施例中，如图3所示，所述弹性平衡连杆包括上连杆306-1、下连杆306-2和可伸缩的弹簧柱306-3，可伸缩的弹簧柱306-3是由上柱和下柱和上下柱之间固定连接的弹簧组成，上下柱分别设置有正反螺口通孔，上连杆306-1的下端和下连杆306-2的上端通过正反螺口连接在弹簧柱两端，上连杆的上端连接平衡架，下连杆的下端连接底盘座，转动弹簧柱就可以弹性的改变弹性平衡连杆的长度，进而可以对连接杆垂直于底盘座平面，以及使所述平衡架平行于所述底盘座平面进行调节。

实施例中：如图2所示，所述平衡架304是十字交叉平衡方轴架，十字交叉平衡方轴有四个端部，因此，所述弹性平衡连杆306有四个，四个弹性平衡连杆306连接十字交叉平衡轴外端，并从平衡架向外斜向连接至底盘座，此结构自适应夹持装置3的稳定性更好。

实施例中：所述弹性柱305是螺栓柱弹簧，如图4所示，所述螺栓柱弹簧是由两个螺栓柱305-1和305-2之间套接弹簧305-3组成，两个螺栓柱外端分别螺纹连接超声局放检测探头和平衡架。或者，所述弹性柱是是弹性橡胶绝缘柱，所述超声局放检测探头通过粘接固定在橡胶绝缘柱上。

实施例中的球形铰链座和可伸缩的弹簧柱共同构成了角度调节单元一，平衡架和弹性柱共同构成角度调节单元二，当机械臂靠近gis腔体时，角度调节单元二可以使超声波探头紧密贴合gis腔体表面检测点，所述角度调节单元二在空间内进行伸缩带动所述角度调节单元一进行转向运动，从而实现超声局放探头角度的调节，为了保证平衡架受力面法向自动与从动零件承力面的法向保持一致，角度调节单元一采用了球铰，可以提供足够的空间自由度。

角度调节单元二中的弹簧销和平衡架采用螺纹连接，与gis超声局放探头采用螺纹连接。当探头接触罐体时，螺栓柱受到挤压，弹簧被压缩，螺栓柱会沿着衬套上下移动进行缓冲；当探头离开罐体时，螺栓柱恢复原始形状，起到定位作用。

下面是根据上述实施例实现的一种gis检测机器人超声局放探头定位贴合方法，首先在控制器中输入变电站gis腔体坐标，然后通过机器人的激光雷达和rtkgps导航定位控制将机器人小车移动至变电站gis腔体前，图4示意了gis腔体，图中的a和b分别是被测点定位标识，通过机器人的云台相机识别到检测点的定位标识，启动机械臂将超声局放检测探头向定位标识移动，其中，在云台相机识别到检测点的定位标识后通过图像处理确定标识的中心点坐标，然后启动机械臂将超声局放检测探头向定位标识移动至中心点坐标贴上去，获取贴合压力值，并根据事先设定的压力阈值完成定位贴合。

定标识的中心点坐标是通过移动机器人平台上搭载双目立体相机，运用图像处理，通过目标识别算法识别标记物进而确定中心点坐标，机器人小车将超声探头的机械臂贴近标记物，对gis罐体进行检测。对通过图像识别到的标记首先拟定选用圆作为标记物，但在真实的场景下，摄像机很难捕捉到真正的圆，而圆也是一种特殊的椭圆，所以提出一种椭圆识别算法，进行标记物的识别，算法思路及具体步骤：首先把图像转化为灰度图、二值化以及边缘检测等操作，最后得到二值化的边缘，将边缘图上的点坐标存入数组。然后计算图像中每一点到椭圆边缘点之间的距离，并存储每个点的距离最大值，在所有点的距离最大值中对应的点就是椭圆的中心（x，y），这个最大距离就是参数a。最后把获得的参数x，y，a带入椭圆方程中可以得到以θ为自变量，b为因变量的函数。因为θ的取值范围为0-180°，所以通过逐个代入来求取b的最小值。此时，就可以得到椭圆的五个参数，确定了椭圆的空间位置。得到目标点和相机的相对位置之后，移动小车平台到合适位置，使标定点处于机械臂的工作范围之内。运动规划库进行实时规划，计算出机械臂末端执行器到达目标点所需的逆解，给机械臂下达指令，完成超声波探头到达目标位置的任务。