换流站带电水冲洗机器人系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种换流站带电水冲洗机器人系统。
【背景技术】
[0002]换流站是指在高压直流输电系统中，为了完成将交流电变换为直流电或者将直流电变换为交流电的转换，并达到电力系统对于安全稳定及电能质量的要求而建立的站点。
[0003]换流站绝缘子长时间暴露在外界环境中，表面易沉积污垢，这些污垢受恶劣天气侵害容易发生污闪事故。绝缘子带电水冲洗作业可以提高供电的可靠性，减少停电损失，保证换流站及输电线路的安全。在现阶段的换流站绝缘子冲洗作业主要存在以下缺点:
[0004]1、换流站的干扰来自开关场的电晕及运行中的换流阀，当换流站内交流开关场和直流开关场的母线、绝缘子、配件和其他设备的带电导体表面电场强度超过临界值后，周围空气分子将被电离，形成电晕放电，所以，换流站的绝缘子人工清洗存在这极大的安全隐串
■/Q1、O
[0005]2、冲洗方式大多是由清洗技术人员手持冲洗设备进入现场进行作业，人工冲洗不仅依赖于天气情况，还需要清洗人员具备较高技术水平及熟练的操作流程，对绝缘子进行带电水冲洗时需要高规格的安全防护，以避免短路电流造成的安全事故，引发人员伤亡，这类作业方式存在安全隐患。
[0006]3、人工作业面临着劳动强度大，效率低，自动化水平低等诸多问题；另外，考虑着带电水冲洗技术要求较高，受环境、积污情况、设备爬距、设备布置方式等多种因素影响，人工冲洗时容易发生设备闪络。
[0007]4、考虑到带电水冲洗作业受到冲洗角度、水压等多方面的影响，人工作业有时不能把设备外绝缘表面的污秽物完全冲走。
[0008]因此利用更安全和效率更高的机器人代替人工对换流站绝缘子进行水冲洗作业是非常有必要的，是符合时代发展要求的。
【发明内容】
[0009]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了换流站带电水冲洗机器人系统及方法，该装置利用机器人代替人工完成换流站绝缘子冲洗作业，使操作人员位于安全区域内，保障了操作人员的安全，降低的劳动强度，提高冲洗效率和自动化水平。
[0010]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0011]换流站带电水冲洗机器人系统，包括用于高空冲洗的主冲机器人及用于低空冲洗的辅冲机器人，所述主冲机器人及辅冲机器人相互配合共同完成换流站绝缘子的冲洗；主冲机器人及辅冲机器人均包括车体移动机构及电气控制系统；
[0012]所述辅冲机器人的垂直升降机构连接在车体移动机构前端，垂直升降机构安装有多级伸缩臂，多级伸缩臂与水枪冲洗机构的工作云台相连；所述主冲机器人的述车体移动机构通过回转支承与升降机构的回转平台相连，升降机构的回转平台上还安装有多节多级伸缩臂，多节多级伸缩臂与水枪冲洗机构的工作台相连；电气控制系统通过有线方式完成对机器人伸缩臂、及水枪冲洗机构的控制。
[0013]所述车体移动机构为履带式移动底盘结构或轮式移动底盘结构或轮履切换式结构。
[0014]所述车体移动机构为履带式移动底盘结构，主要由履带底盘、左行走马达、右行走马达、驱动轮、从动轮、承重轮、履带、张紧缓冲装置以及两侧的四个液压支腿组成，左行走马达和右行走马达通过螺栓连接在履带底盘支架上，驱动轮通过驱动轴与行走马达联接，从动轮、承重轮与张紧缓冲装置分别通过旋转轴与履带底盘支架联接，履带套在驱动轮、从动轮、承重轮与张紧缓冲装置的外侧，底盘左边为柴油箱，右边为液压油箱，液压支腿铰接在履带底盘上。
[0015]所述升降机构包括回转平台及调平机构，回转平台通过回转支承与车体移动机构连接，回转平台上铰接有多节多级伸缩臂，回转平台及多节多级伸缩臂的大臂与变幅油缸铰接连接，多节多级伸缩臂的大臂及连接臂与伸缩油缸铰接连接，调平机构包括调平油缸I和调平油缸II，调平油缸I安装在回转平台和大臂间，与回转平台、大臂铰接连接，调平油缸II安装在工作台与小臂之间，与工作台、小臂铰接连接。
[0016]所述多节多级伸缩臂包括大臂、连接臂及小臂，大臂铰接到回转平台上，连接臂前、后端均设置有滑块，滑块与连接臂螺栓连接，连接臂通过滑块与大臂、小臂滑动连接，连接臂的头部安装有链轮，通过链传动实现连接臂与小臂的同步伸缩。
[0017]所述多节多级伸缩臂的大臂、小臂上通过螺栓连接有变幅链条，大臂前端绕过链轮与伸缩链条的前端铰接，伸缩链条的末端与小臂末端铰接。多节多级伸缩臂为三节两级伸缩臂。
[0018]所述水枪冲洗机构包括俯仰油缸及摆动油缸，俯仰油缸通过螺栓连接在摆动油缸上，摆动油缸通过螺栓连接在工作台上，俯仰油缸上铰接有第一水枪架，第一水枪架上连接有第一水枪。
[0019]所述第一水枪架上通过螺栓安装有第一跟踪摄像机，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，第一跟踪摄像机正下方装有第一激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。
[0020]所述回转平台上还连接有液压控制系统的比例控制阀组；此处的比例控制阀组为上装控制阀组B。
[0021]所述液压系统包括下部控制阀组A、上装控制阀组B及中央回转接头，共有七个比例换向阀和四个手动换向阀。
[0022]所述下部控制阀组A通过分配阀与液压泵连接，由四个手动换向阀控制水冲洗机器人四个支腿油缸来完成伸缩运动，两个比例换向阀控制左右两个马达，进行机器人行走运动；
[0023]所述上装控制阀组B依次经中央回转接头、上装控制切换按钮、分配阀、与液压泵连接，由一个比例换向阀控制回转马达，完成上装回转平台旋转运动，两个比例换向阀控制大臂俯仰和小臂伸缩运动，另两个比例换向阀通过水平摆动油缸和垂直摆动油缸实现水枪的水平运动和俯仰运动。
[0024]所述中央回转接头是连接回转平台与底盘油路的液压元件，用于使回转平台旋转任意角度后，液压油路还能正常配油。
[0025]电气控制系统包括车载子系统和遥控子系统，车载子系统包括工控机，工控机通过485总线采集各类传感器上传的数据，并对从远程遥控器接收到的指令下发给有线接收机，有线接收机接收到远程遥控器的数据后在工控机中进行处理然后再下发给有线收发机，通过对电压值的调节控制比例阀的开合及流量大小，实现对移动底盘左右轮运动、小臂伸缩、大臂俯仰及回转平台旋转的控制。
[0026]所述各类传感器包括拉线传感器、角度传感器、倾角传感器、温度传感器、压力传感器、电压传感器与电流传感器，拉线传感器安装在大臂与小臂之间，用于测量小臂的伸缩长度，大臂和工作台均装有一个角度传感器和一个倾角传感器，采集大臂和工作台水平和垂直方向的角度数据并传递给工控机，其中工作台上的角度传感器与倾角传感器数据通过ZIGBEE有线传送，以实现顶端平台的完全绝缘，温度传感器和压力传感器安装在液压油箱上，采集液压油箱中的油温以及液压油箱中液压油的压力数据，采集到的数据为模拟量，经过A/D转换成数字信号经过485传递给工控机，电压传感器与电流传感器采集电路中的电压值及电流值，检测电路中的电压及电流是否稳定，采集到的模拟信号经过A/D转换模块转换为数字信号经过485总线传递给工控机。
[0027]所述辅冲机器人的垂直升降机构包括两级垂直伸缩臂、风琴箱护罩、绝缘支柱及车载控制器，垂直伸缩臂铰连接与车体移动机构固定板上，绝缘支柱安装于垂直伸缩臂上端，车载控制器固定在垂直伸缩臂固定板上，风琴箱护罩将两级垂直伸缩臂、绝缘支柱及车载控制器包围其中。
[0028]所述辅冲机器人的水枪冲洗机构包括云台、电控箱、第二水枪架；电控箱安装于绝缘支柱上，提供云台、第二跟踪摄像机所需电源；云台实现第二水枪水平及俯仰两个方向运动；第二水枪架铰连接在云台上方，第二水枪架上连接有第二水枪、第二跟踪摄像机、第二激光测距仪。第二水枪架上通过螺栓安装有第二跟踪摄像机，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，第二跟踪摄像机正下方装有第二激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。
[0029]辅冲机器人的第二履带底盘左边为液压油箱，右边为柴油箱。动力总成采用自带动力源，柴油机提供动力，可以进入密集设备区内作业，解决了现场的电源配置问题。
[0030]换流站带电水冲洗机器