变电站带电水冲洗辅冲机器人及方法
专利汇可以提供变电站带电水冲洗辅冲机器人及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了变电站带电 水 冲洗辅冲 机器人 及方法，机械本体包括底盘，底盘固定于行走机构上，底盘上固定 外壳 ，垂直升降机构固定于底盘上，垂直升降机构外侧四周围有 风 琴箱护罩，风琴箱护罩内安装有车载 控制器 ，垂直升降机构上固定有绝缘支柱，绝缘支柱的上端固定有电控箱，电控箱控制安装在其上的水枪冲洗机构；外壳内安装有 动 力 总成 ，为行走机构和垂直升降机构提供动力源，车载控制器与遥控系统相配合，遥控系统通过远程控制方式驱动垂直升降机构、水枪冲洗机构工作；本发明可代替人工完成变电站绝缘子冲洗作业，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，对我国变电站水冲洗作业方式产生积极的变革作用。，下面是变电站带电水冲洗辅冲机器人及方法专利的具体信息内容。
1.一种变电站带电水冲洗辅冲机器人，其特征是：包括外壳、底盘、行走机构、垂直升降机构和车载控制器，其中，底盘固定于行走机构上，底盘上固定外壳，垂直升降机构固定于底盘上，垂直升降机构外侧四周围有护罩，护罩内安装有车载控制器，垂直升降机构上固定有绝缘支柱，绝缘支柱的上端固定有电控箱，电控箱控制安装在其上的水枪冲洗机构；外壳内安装有动力总成，为行走机构和垂直升降机构提供动力源，车载控制器与遥控系统相配合，遥控系统通过远程控制方式驱动垂直升降机构、水枪冲洗机构工作；
所述水枪冲洗机构包括云台、可调式水枪支架和水枪；云台实现水枪水平及俯仰两个方向运动；可调式水枪支架铰接在云台上方，可调式水枪支架上固定有水枪；
所述车载控制器，包括工控机，工控机通过无线接收机连接遥控系统，遥控系统传输的控制信号由无线接收机接收，并传输给工控机，工控机接收控制信号后发送给无线收发机，以实现对底盘左右轮运动、垂直升降机构升降及云台的转动。
2.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人，其特征是：所述行走机构为履带式移动结构，包括履带底盘、行走马达、驱动轮、从动轮、承重轮、履带和张紧缓冲装置，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，底盘左边为液压油箱，右边为柴油箱。
3.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人，其特征是：所述护罩为风琴箱护罩。
4.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人，其特征是：所述垂直升降机构，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。
5.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人，其特征是：所述水枪架上通过螺栓安装有跟踪摄像机，用于实时观察绝缘子水冲洗作业情况，跟踪摄像机正下方装有激光测距仪，用于实时测量水枪与水冲洗作业绝缘子的距离。
6.如权利要求1所述的一种变电站带电水冲洗辅冲机器人，其特征是：所述动力总成采用柴油机提供动力，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；
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行走马达，控制机器人的行走运动；
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，完成上装云台旋转运动，两个比例换向阀控制垂直升降机构的伸缩运动，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。
7.一种基权利要求1-6中任一项所述的辅冲机器人的控制方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤一：根据激光测距仪和监控摄像头采集距离及监控的图像得到当前机器人与绝缘子之间的相对三维坐标值，判断两者相对距离是否是安全距离，若是，进行下一步，若不是，调整云台的位置，直至该相对距离为安全距离；确定路径规划的起始状态；
步骤二：采用直线插补方式实现水冲洗垂直升降机构对绝缘子串的上下方向的自动冲洗；
步骤三：采用逐点比较法的圆弧插补方式实现水枪能够对朝向机器人一侧的绝缘子串进行清洗；
步骤四：在进行水冲洗时，通过调节水枪出水口径及出水速度，形成卡门涡街并实现对绝缘子串振动频率的调节。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征是：所述步骤二中，具体过程为：
(2-1)在冲洗过程中，安装在云台和垂直升降机构上的角位移传感器、位移传感器采集得到起始时刻及终止时刻云台的旋转角度和垂直升降机构的升降高度；
(2-2)对于平稳运动，轨迹函数θ(t)至少满足四个约束条件，根据约束条件对应的约束方程唯一的确定一个三次多项式；
(2-3)根据该三次多项式得到运动轨迹的速度与加速度，将运动轨迹的速度与加速度代入约束方程得到三次多项式的系数，该系数确定了冲洗时间与冲洗角度的关系；
(2-4)根据绝缘杆的长度及三次多项式得到冲洗过程中绝缘杆的长度随时间的变化关系，对(l,d,θ0,θf)进行插值，生成水冲洗机械臂对绝缘子串的上下方向的冲洗轨迹。
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征是：所述约束条件，其中两个是起始点和终止点对应的云台角度：
θ(0)＝θ0；
θ(tf)＝θf；
其中，θ0,θf为起始点和终止点的关节角度；
为了满足云台运动速度的连续性要求，另外还有两个约束条件，即起始点与终止点的关节速度要求，并规定：
θ'(0)＝0；
θ'(tf)＝0；
其中，θ′(0),θ′(tf)为起始点和终止点的云台旋转角速度。
10.如权利要求8所述的控制方法，其特征是：所述四个边界的约束条件唯一的确定了一个三次多项式：
θ(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3 (1)；
其中，θ(t)为时间参变量t时刻的云台旋转角度，a0,a1,a2,a3为待定系数。
11.如权利要求8所述的控制方法，其特征是：所述运动轨迹的速度与加速度为：
θ'(t)＝a1+2a2t+3a3t2 (2)
θ”(t)＝2a2+6a3t (3)
所述将运动轨迹的速度与加速度代入约束方程(1)，得到待定系数a0，a1，a2，a3：
a0＝θ0
a1＝0
由此确定了时间与角度的关系，当进行冲洗时，车体相对于绝缘子的距离是一定的，设为d，可得绝缘杆的长度l＝d/sinθ，带入公式θ(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3，可以得到冲洗过程中绝缘杆的长度随时间的变化关系：
利用逐点比较的圆弧插补法，对(l,d,θ0,θf)进行插值，生成水冲洗机械臂对绝缘子串的上下方向的冲洗轨迹。
12.如权利要求7所述的控制方法，其特征是：所述步骤三中，逐点比较的圆弧插补法具体过程如下：
圆弧起点坐标为(X0,Y0)，终点坐标为(Xe,Ye)，对于圆弧上任一点(Xi,Yi)，有：Xi2+Yi2＝
2 2 2 2
R，令F＝Xi+Yi-R 为偏差函数，当F＞0时，该点在圆外，向-X方向运动一步；当F＜0时，该点在圆弧内，向+Y方向运动一步；为使运动继续下去，将F＝0归入F＞0的情况，插补运动始终沿着圆弧并向终点运动。
13.如权利要求12所述的控制方法，其特征是：圆弧插补的判别计算采用如下的迭加运算：
设当前点(Xi,Yi)对应的偏差函数为
Fi＝Xi2+Yi2-R2
当水枪沿-X方向走一步后：
2 2 2
Fi+1＝(Xi-1) +Yi-R＝Fi-2Xi+1
当水枪沿+Y方向走一步后：
Fi+1＝Xi2+(Yi+1)2-R2＝Fi+2Yi+1
终点判别可由n＝|Xe-X0|+|Ye-Y0|判别，每走一步使n＝n+1，直至n＝0为止。
14.如权利要求7所述的控制方法，其特征是：所述步骤四中，卡门涡街形成的条件：在流体中的圆柱体，其雷诺数满足47
绝缘子串振动频率与流体(水)速度成正比，与阻流体的正面宽度成反比，卡门涡街频率与流体速度和阻流体即旋涡发生体宽度有如下关系：f＝SrV/d，其中f＝卡门涡街频率；Sr＝斯特劳哈尔数；V＝流体速度；d＝阻流体迎面宽度；
通过调节水枪出水口径及出水速度，形成卡门涡街并实现对绝缘子串振动频率的调节，以产生良好的冲洗效果。
变电站带电水冲洗辅冲机器人及方法
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发明内容
的，设为d，可得绝缘杆的长度l＝d/sinθ，带入公式θ(t)＝a0+a1t+a2t+a3t ，可以得到冲洗过程中绝缘杆的长度随时间的变化关系：
的，设为d，可得绝缘杆的长度l＝d/sinθ，带入公式θ(t)＝a0+a1t+a2t+a3t ，可以得到冲洗过程中绝缘杆的长度随时间的变化关系：
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