CN108927794A - 一种直角坐标式变电站室内检测机器人及方法 - Google Patents

一种直角坐标式变电站室内检测机器人及方法 Download PDF

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郝永鑫
李永生
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徐琬舒
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唐玉奇
仝新辉
张福伟
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Abstract

本发明公开了一种直角坐标式变电站室内检测机器人及方法，包括机器人本体和桁架***，所述桁架***包括X方向桁架、Z方向桁架以及Y方向桁架，各方向的桁架相对于其他方向的桁架位置可调；机器人本体沿桁架***运动，具有水平调节机构、云台和垂直调节机构，所述水平调整机构，调节机器人的水平位姿，末端带有云台及调整垂直位姿的垂直旋转机构，所述云台具有搭载检测设备的承载空间；利用三个方向桁架的相互运动，以及机器人本体自身的位姿的双重调整，实现检测机器人能够移动至变电站室内空间坐标内任一点。

Description

一种直角坐标式变电站室内检测机器人及方法
技术领域
本发明涉及一种直角坐标式变电站室内检测机器人及方法。
背景技术
电力***室内设备的正常运行至关重要，一方面需要有足够的可靠性，另一方面也需要及时巡检以便发现并及时检修设备存在的潜在隐患，确保***正常运行。室内电力设备的实时检测对保证其可靠安全运行有重要意义。受室内空间和其它被监测设备布局的限制，要实现对设备全方位检测的功能，需要机器人能够在水平空间和垂直空间均能实现较大行程的运动，显然现有轮式驱动或履带式驱动方式均难以实现。
除此之外，部分变电站室内待检设备位置较高、部分设备的正上方也需要巡检(如阀厅水冷室、GIS室)，现有巡检方式更是望而却步。
另外，目前推广应用的变电站室内轨道机器人，大多采用单一轨道架接可升降机器人的方式，虽然机器人在单一轨道上的运行效率比较高，但是单一轨道的设计限制了机器人的使用范围及使用率，使机器人只能针对一排开关柜进行检测；另外，在单一轨道的模式下，为了保证机器人可以实现开关柜高度内全范围的检测覆盖，在可升降机器人的结构下，机器人本体难免需要设计的比较长，所以此结构下的机器人无法对开关柜柜顶区域进行检测，而犹如母线等需要检测的关键设备都分布在开关柜顶，所以此种结构下的检测机器人无法真正达到用户的实际需求。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种直角坐标式变电站室内检测机器人及方法，本发明通过将机器人本体安装在具有空间坐标系的机器人桁架上，在机器人桁架的运载下，完成对变电站室内的全范围的检测，机器人整体运行效率高，定位精度高，且可搭载大负载检测设备进行检测。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种直角坐标式变电站室内检测机器人，包括机器人本体和桁架***，所述桁架***包括X方向桁架、Z方向桁架以及Y方向桁架，各方向的桁架相对于其他方向的桁架位置可调；
所述机器人本体沿桁架***运动，具有水平调节机构、云台和垂直调节机构，所述水平调整机构，调节机器人的水平位姿，末端带有云台及调整垂直位姿的垂直旋转机构，所述云台具有搭载检测设备的承载空间；
利用三个方向桁架的相互运动，以及机器人本体自身的位姿的双重调整，实现检测机器人能够移动至变电站室内空间坐标内任一点。
进一步的，所述X方向桁架包括设置于变电站室内两侧的支架，每侧支架包括上下并排设置的两个支撑杆，两侧支架对称设置。
进一步的，所述Z方向桁架包括设置于X方向桁架每侧的上下支撑杆之间的支撑架，且支撑架可沿该侧支撑杆滑动。
进一步的，所述Y方向桁架包括连接两个支撑架的横杆，所述横杆的两端可沿支撑架滑动。
上述滑动可通过多种方式实现，如三个方向桁架的主体上设置有滑槽，连接处或端部设置有与滑槽相匹配的突出体。
或者三个方向桁架的主体上设置有外凸的凸体，而连接处或端部设置有与凸体相匹配的凹槽。
进一步的，所述Y方向桁架及Z方向桁架采用双支撑结构。作为优选的，还可以在机器人本体上设置如图像采集模块等附加的有助于变电站室内监测的设备。
进一步的，所述机器人本体通过连接底座与桁架***相连，并通过桁架***完成在变电站室内空间坐标下的移动。
进一步的，所述机器人本体上设置有换向机构，所述换向机构通过旋转轴与机器人本体的连接底座相连，所述水平调节机构、云台和垂直调节机构均设置在换向机构的端部，通过换向机构沿着旋转轴的转动，使得水平调节机构、云台和垂直调节机构相对于连接底座和旋转轴变换到另一侧。
进一步的，所述水平调节机构为第一旋转轴，换向机构与云台通过水平调节机构连接，保证云台能够相对于换向机构进行水平方向的调整。
进一步的，所述垂直调节机构为第二旋转轴，所述云台与检测设备通过垂直调节机构连接，保证检测设备能够相对于云台进行竖直方向的调整。
基于上述机器人的工作方法，确定变电站室内需要检测的开关柜的待测区域时，规划最优运行路径，启动桁架***，在规避所有开关柜的前提下，带动机器人本体来到确定检测位置，机器人调整位姿，将末端的云台及检测设备定位到需要检测的开关柜区域，完成相应的检测任务；
或，在需要机器人检测开关柜另一面的待测区域时，桁架***带动机器人本体来到确定检测位置，机器人调整位姿，并利用换向机构使机器人整体转向180°完成换向，即可完成对开关柜另一面的检测；
或，当需要机器人检测开关柜顶部区域时，机器人首先通过桁架***的Z方向桁架，使机器人整体处于开关柜上侧的高度范围，沿着规划的运行路径，桁架***运动，带机器人来到确定检测位置，调整垂直旋转机构，使末端检测设备对准开关柜柜顶部区域，完成检测。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供了一套变电站室内全范围检测的***解决方案，提高了机器人进行此类操作的效率；
2、本发明利用简单的空间坐标桁架***作为驱动单元，解决了传统驱动方式下的低效、低定位精度等问题；
3、本发明设计的桁架***的Y、Z方向桁架采用双支撑的设计，从而极大的增大了桁架***的负载，有利于机器人搭载更多重量较重的检测设备(如X射线)对开关柜进行检测，从而扩宽了机器人的应用范围，增大了机器人的使用率；
4、本发明除了可以应用在变电站室内开关柜的检测外，还可以适用于其他室内设备的检测上，如室内GIS设备等；
5、本发明提供了一种新颖的变电站室内检测方法，为后续变电站室内检测提供了一种思路。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明机器人本体结构示意图；
图3为本发明桁架结构示意图；
图4为本发明开关柜柜体正/反面机器人检测示意图；
图5为本发明开关柜柜体上侧机器人检测示意图。
其中，1、桁架***，2、机器人本体，3、开关柜，4、连接底座，5、换向机构，6、水平调整机构，7、云台，8、垂直调整机构，9、检测设备，10、X方向桁架，11、Z方向桁架，12、Y方向桁架。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
一种直角坐标式变电站室内检测机器人***，包括：机器人本体、桁架***、开关柜三部分组成；
所述机器人本体包括连接底座、换向机构、水平调节机构、云台、垂直调节机构、检测设备；
桁架***包括X方向桁架、Z方向桁架以及Y方向桁架，通过X-Y-Z三个方向桁架的相互运动，可完成变电站室内空间坐标内任一点的移动；
Y方向及Z方向桁架采用双支撑的设计，从而可以大大增加桁架的运载能力；
机器人本体通过连接底座与桁架***相连，并通过桁架***完成在变电站室内空间坐标下的移动；
机器人本体具有水平调整机构，可用于调节机器人本体的水平位姿，末端带有云台及垂直旋转机构，可用于搭载检测设备及调整垂直位姿；
在需要机器人检测开关柜正面特定区域时，机器人后台首先规划一个最优的运行路径，然后桁架***启动，在规避好所有开关柜的前提下，带动机器人本体来到确定检测位置，然后机器人调整位姿，将末端的云台及检测设备定位到需要检测的开关柜区域，完成相应的检测任务；
在需要机器人检测开关柜反面特定区域时，与正面检测类似，只需要通过换向机构使机器人整体转向180°完成换向，即可完成对开关柜反面的检测；
当需要机器人检测开关柜顶部母线等区域时，机器人首先通过桁架***的Z方向桁架，使机器人整体处于开关柜上侧的高度范围，然后沿着后台规划的运行路径，启动桁架***，使机器人来到确定检测位置，调整垂直旋转机构，使末端检测设备对准开关柜柜顶母线等区域，完成检测。
作为一种典型实施例，如图1所示，一种直角坐标式变电站室内检测机器人***，机器人本体通过连接底座4与桁架***1连接，在桁架***1的控制下，可达到变电站室内空间任一位置，在机器人本体2自身的多自由度机构的控制下，可以调整末端检测设备9水平和垂直方向位姿，使末端检测设备9进一步对准需要检测的区域，从而达到完成空间坐标内任一点检测的目标；
具体的说，如图1及图3所示，桁架***1由X方向桁架10、Z方向桁架11以及Y方向桁架12三部分组成，其中X方向桁架10包括左右两部分，且每部分都由上下两根桁架组成，Y方向桁架12由两根长度较长的桁架并联组成，Z方向桁架11也由左右两部分组成，且每部分桁架由两根桁架并联组成，Y、Z两根桁架的结构保证了在较长长度上桁架的刚度及负载能力；
机器人本体2包括连接底座4、换向机构5、水平调整机构6、云台7、垂直调整机构8、检测设备9；连接底座4用于将机器人本体2与桁架***1相连，换向机构5用于机器人对开关柜3反面进行检测时，调整机器人检测方向，云台7用以搭载各类检测设备9，水平调整机构6和垂直调整机构8用以微调检测设备9的姿态，从而保证各类检测设备9可以准确完成特定区域的检测；
桁架***1通过三个方向上桁架的移动，可完成变电站室内空间内任一点的运动；
机器人本体2与桁架***1相组合后，可实现机器人在变电站室内任一位置下的运动，并配合机器人本体2上的多自由度的调整机构和检测设备9，完成对各开关柜3的检测；
如图4(a)所示，在需要机器人检测开关柜正面特定区域时，机器人后台首先规划一个最优的运行路径，然后桁架***1启动，在规避好所有开关柜的前提下，带动机器人本体2来到确定检测位置，然后机器人调整位姿，将末端的云台7及检测设备9定位到需要检测的开关柜3区域，完成相应的检测任务；
如图4(b)所示，在需要机器人检测开关柜反面特定区域时，与正面检测类似，只需要通过换向机构5使机器人整体转向180°完成换向，即可完成对开关柜3反面的检测；
如图5所示，当需要机器人检测开关柜3顶部母线等区域时，机器人首先通过桁架***1的Z方向桁架11，使机器人整体处于开关柜3上侧的高度范围，然后沿着后台规划的运行路径，启动桁架***1，使机器人来到确定检测位置，调整垂直旋转机构8，使末端检测设备9对准开关柜3柜顶母线等区域，完成检测。
当机器人末端检测设备9与开关柜3有一定平面夹角时，可通过调整水平调整机构6，使机器人末端检测设备9与开关柜3实现平行。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种直角坐标式变电站室内检测机器人，其特征是：包括机器人本体和桁架***，所述桁架***包括X方向桁架、Z方向桁架以及Y方向桁架，各方向的桁架相对于其他方向的桁架位置可调；
所述机器人本体沿桁架***运动，具有水平调节机构、云台和垂直调节机构，所述水平调整机构，调节机器人的水平位姿，末端带有云台及调整垂直位姿的垂直旋转机构，所述云台具有搭载检测设备的承载空间；
利用三个方向桁架的相互运动，以及机器人本体自身的位姿的双重调整，实现检测机器人能够移动至变电站室内空间坐标内任一点。
2.如权利要求1所述的一种直角坐标式变电站室内检测机器人，其特征是：所述X方向桁架包括设置于变电站室内两侧的支架，每侧支架包括上下并排设置的两个支撑杆，两侧支架对称设置。
3.如权利要求1所述的一种直角坐标式变电站室内检测机器人，其特征是：所述Z方向桁架包括设置于X方向桁架每侧的上下支撑杆之间的支撑架，且支撑架可沿该侧支撑杆滑动。
4.如权利要求1所述的一种直角坐标式变电站室内检测机器人，其特征是：所述Y方向桁架包括连接两个支撑架的横杆，所述横杆的两端可沿支撑架滑动。
5.如权利要求1所述的一种直角坐标式变电站室内检测机器人，其特征是：所述Y方向桁架及Z方向桁架采用双支撑结构；
或，机器人本体上设置有图像采集模块。
6.如权利要求1所述的一种直角坐标式变电站室内检测机器人，其特征是：所述机器人本体通过连接底座与桁架***相连，并通过桁架***完成在变电站室内空间坐标下的移动。
7.如权利要求1所述的一种直角坐标式变电站室内检测机器人，其特征是：所述机器人本体上设置有换向机构，所述换向机构通过旋转轴与机器人本体的连接底座相连，所述水平调节机构、云台和垂直调节机构均设置在换向机构的端部，通过换向机构沿着旋转轴的转动，使得水平调节机构、云台和垂直调节机构相对于连接底座和旋转轴变换到另一侧。
8.如权利要求1所述的一种直角坐标式变电站室内检测机器人，其特征是：所述水平调节机构为第一旋转轴，换向机构与云台通过水平调节机构连接，保证云台能够相对于换向机构进行水平方向的调整。
9.如权利要求1所述的一种直角坐标式变电站室内检测机器人，其特征是：所述垂直调节机构为第二旋转轴，所述云台与检测设备通过垂直调节机构连接，保证检测设备能够相对于云台进行竖直方向的调整。
10.基于如权利要求1-9中任一项所述的机器人的工作方法，其特征是：确定变电站室内需要检测的开关柜的待测区域时，规划最优运行路径，启动桁架***，在规避所有开关柜的前提下，带动机器人本体来到确定检测位置，机器人调整位姿，将末端的云台及检测设备定位到需要检测的开关柜区域，完成相应的检测任务；
或，在需要机器人检测开关柜另一面的待测区域时，桁架***带动机器人本体来到确定检测位置，机器人调整位姿，并利用换向机构使机器人整体转向180°完成换向，即可完成对开关柜另一面的检测；
或，当需要机器人检测开关柜顶部区域时，机器人首先通过桁架***的Z方向桁架，使机器人整体处于开关柜上侧的高度范围，沿着规划的运行路径，桁架***运动，带机器人来到确定检测位置，调整垂直旋转机构，使末端检测设备对准开关柜柜顶部区域，完成检测。
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Applicant after: Heze Power Supply Company, State Grid Shandong Electric Power Co., Ltd.

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