架空輸電線路自動清洗機器人系統及清洗方法
2023-05-14 00:45:41
架空輸電線路自動清洗機器人系統及清洗方法
【專利摘要】本發明公開了一種架空輸電線路自動清洗機器人系統及方法，其由若干模塊結構組成，模塊結構包括移動車體、機載控制系統、電源模塊、清洗電機、伺服驅動器、壓緊裝置及清洗裝置，移動車體懸掛在架空輸電線上，並能夠沿架空輸電線路前後運動，機載控制系統、電源模塊、清洗電機、伺服驅動器及壓緊裝置安裝在移動車體上蓋板上，上蓋板下部與清洗裝置相連；機載控制系統通過無線通信單元與地面站通信，接收地面站發送控制指令，並把檢測數據發送回地面站。本發明同時還公開了利用該系的清洗方法。本發明單獨使用或與噴塗機器人配套使用。本發明採用模塊化結構和設計方法，效降低了設計成本、提高了通用性，為裸露形式的架空輸電線提供安全和高質量自動清洗。
【專利說明】架空輸電線路自動清洗機器人系統及清洗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種架空輸電線路自動清洗機器人系統及清洗方法。
【背景技術】
[0002]架設的架空輸電線一般無外包絕緣保護層，普遍採用裸線形式。在電力線上掛有風箏及塑料布等雜物，及絕緣子、防震錘、線夾上的積塵在暴風雨或大雨時形成的泥流容易造成高壓電力線之間的短路，引發意外斷電等事故，從而威脅電網的安全運行。
[0003]為提高架空輸電線路輸電和運行的安全性，需要採用自動噴塗或人工噴塗絕緣漆方法以為裸線包覆絕緣層。但在保護絕緣漆之前，還需使用二甲苯等化學試劑清洗裸露的架空輸電線以去除其上的積塵等雜物。
[0004]經現有文獻檢索，中國專利申請CN102228876A公開了一種輸電線路防覆冰遙控自動噴塗機器人，包括車體，車體的上部設有主動滾輪和從動滾輪，還包括控制系統、電源模塊、毛刷系統和噴塗系統，毛刷系統設於車體的前部，噴塗系統設於車體的後部，控制系統設有遙控接收模塊。能夠在輸電線路上行走，並能夠通過線下無線遙控裝置控制線上機器人車體的雙電動噴槍，對導地線表面進行自動噴塗防冰塗料。但存在如下問題:I)採用接觸式機械旋轉毛刷作為清洗裝置，也沒有採用化學試劑，僅能清潔表面的積塵，無法清潔導線上的殘餘油跡、線絲夾縫之間的積塵及鳥屎等汙跡，2)沒有壓緊裝置等保護裝置，易於發生意外掉落等事故。
[0005]中國專利申請CN203140222U公開了一種輸電線路防覆冰塗料帶電塗裝機器人。機器人主要包括機器人本體、控制系統、電源系統和塗裝系統。機器人本體是機器人的骨架，構成各個模塊的安裝載體，本體的兩側為機器人手臂，機器人的行走機構和塗裝系統中塗裝刷總成裝設在手臂上。機器人本體的下部分為三個區域，分別安裝控制系統及電源、蓄料池、汽油機及液泵。但存在如下問題:I)主動滾輪未採取壓緊裝置等壓緊措施，無法在較大傾角的導線上行走，在防覆冰噴塗作業中也易於產生意外滑動而影響噴塗防覆冰質量；2)系統需要攜帶氣源和液壓源，系統體積大，較重，易應密封問題引起洩露；3)機械臂負載較重，在作業過程中將產生較大的變形，影響控制精度。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種架空輸電線路自動清洗機器人系統及清洗方法，該清洗機器人可單獨使用，也可與噴塗機器人配套使用，自動清洗機器人採用模塊化結構和設計方法，能有效降低設計成本、提高通用性，為裸露形式的架空輸電線提供高效、安全和高質量的自動清洗。
[0007]為實現上述目的，本發明採用下述技術方案:
[0008]一種架空輸電線路自動清洗機器人系統，其由若干模塊結構組成，所述模塊結構包括移動車體、機載控制系統、電源模塊、清洗電機、伺服驅動器、壓緊裝置及清洗裝置，移動車體懸掛在架空輸電線上，並能夠沿架空輸電線路前後運動，機載控制系統、電源模塊、清洗電機、伺服驅動器及壓緊裝置安裝在移動車體的上蓋板上，上蓋板下部與清洗裝置相連；機載控制系統通過無線通信單元與地面站通信，接收地面站發送控制指令，並把檢測數據發送回地面站；
[0009]所述移動車體包括行走電機、主支撐板、輔助支撐板、滾輪、中間連杆和上蓋板，一對平行設置的主支撐板之間通過前後兩個滾輪連接，一對平行設置的輔助支撐板之間通過另外前後兩個滾輪連接，由四個滾輪、主支撐板及輔助支撐板組成行走支架，行走支架通過中間連杆與下部的上蓋板相連，組成移動車體，行走支架通過滾輪懸掛在架空輸電線上，並能夠帶動移動車體行走，行走支架下端固定於上連板上；行走電機固定在主支撐板上，且行走電機輸出軸驅動其中一個滾輪；
[0010]所述的壓緊裝置包括曲柄滑塊機構及壓緊滾輪，曲柄滑塊機構具有死點，壓緊滾輪安裝在曲柄滑塊機構滑塊末端，壓緊滾輪與行走電機帶動的傳動軸上的滾輪共同壓緊在架空輸電線上，防止機器人的意外掉落及在架空輸電線上滑動。
[0011]所述的清洗電機包括相連的一個高壓噴霧器用電機和隔膜泵，隔膜泵入口與清洗裝置的清洗劑桶相連通，用於將清洗劑桶中的清洗劑吸取並輸送至清洗裝置的清洗頭中。
[0012]所述清洗裝置包括清洗頭、連接裝置、連接杆、清洗劑桶、下蓋板及回收桶，清洗頭通過彈簧、滾輪裝置壓緊在架空輸電線上，架空輸電線從兩個180°對分絞接結構的清洗頭的機械中心孔穿過；架空輸電線與清洗頭中間的機械中心孔採用密封件密封；清洗頭經連接裝置與輔助支撐板相連，實現沿架空輸電線路的運動；清洗頭的上入口與清洗電機的隔膜泵出口相連通，清洗頭的下出口經回收裝置與回收桶相連，以防止清洗劑外洩；回收桶及清洗劑桶固定安裝在下蓋板上，下蓋板經連接杆與上蓋板相連。
[0013]所述清洗頭的上入口和下出口均與機械中心孔相通。
[0014]所述架空輸電線與機械中心孔之間有間隙。
[0015]所述清洗劑桶中盛放有二甲苯清洗劑。
[0016]所述的機載控制系統為觸控螢幕控制系統，包括:電源管理晶片、主控MCU、信號轉換電路、無線通信模塊和吸盤天線，電源管理晶片、主控MCU、信號轉換電路及無線通信模塊固定在PCB電路板上，PCB電路板再通過機械連接固定在上蓋板上；無線通信模塊通過信號線與主控MCU相連；吸盤天線利用吸盤吸附在主支撐板上，通過SMA接口與無線通信模塊相連，構成與地面站的通信迴路。
[0017]所述的電源模塊為鋰離子動力電池，安裝在移動車體的上蓋板上，為機載控制系統、清洗電機、伺服驅動器提供所需電力。
[0018]所述的伺服驅動器包括一個BLDC-5015A直流無刷電機驅動器，與機載控制系統、電源模塊和行走電機相連，提供行走電機運動所需的各類控制功能。
[0019]一種利用架空輸電線路自動清洗機器人系統的清洗方法，具體步驟為:
[0020]I)在清洗劑桶內注滿清洗劑；
[0021]2)自動清洗機器人懸掛在架空輸電線上，壓緊裝置壓緊；
[0022]3)打開電源模塊為系統供電，地面站與自動清洗機器人進行通信測試；
[0023]4)地面站接收到機器人的反饋數據後，發送控制指令；
[0024]5)機器人接收到地面站或觸控螢幕發送的清洗指令時，具有隔膜作用的清洗電機運轉，將清洗劑經液壓管道送至清洗頭，再經霧化噴頭加壓後形成具有一定壓力的氣霧噴灑在導線上；從線上流下的回收清洗劑經液壓管道、回收裝置回流至清洗劑桶，形成閉合的液壓管路；同時，清洗頭與導線之間採用液壓密封，避免清洗劑從清洗頭前端和後端的測漏。
[0025]本發明的工作過程:清洗劑桶內注滿清洗劑。自動清洗機器人懸掛在架空輸電線上，壓緊裝置壓緊。打開電源模塊為系統供電。地面站通過無線裝置與板載控制器通信，發送前進、後退、停止、開始清洗、停止清洗、速度調節等控制信號，實現前進、後退、停止、開始清洗、停止清洗、速度調節等控制。清洗時，具有隔膜作業的清洗電機運轉，清洗劑經液壓管道送至清洗頭，再經霧化噴頭加壓後形成具有一定壓力的氣霧噴灑在導線上。從線上流下的回收清洗劑經液壓管道、回收裝置回流至清洗劑桶，形成閉合的液壓管路，完成一定壓力的霧化清洗。
[0026]本發明與現有技術相比其有益效果是:
[0027]I)安裝有壓緊裝置，有一定的抗側風能力，可避免機器人從架空輸電線路上的意外掉落，也可爬上有一定傾斜角度的架空輸電線。
[0028]2)壓力霧化技術。可採用二甲苯等化學試劑清洗，加壓後形成的具有一定壓力的氣霧可同時清洗架空輸電線表面及線絲夾縫之間的殘餘油跡、積塵及鳥屎等汙跡。
[0029]3)噴頭與導線採用非接觸形式，清洗劑經加壓後以霧化形式噴灑在導線上，避免了對架空輸電線表面的可能潛在損傷。
[0030]4)清洗頭採用全密封結構，回收裝置可回收從架空輸電線及清洗頭上濺落的清洗齊U，形成閉合的液壓管道，防止意外汙染環境。
[0031]5)將清洗過程分解為前進、後退、停止、開始清洗、停止清洗、速度調節等功能，便於實現靈活控制。
[0032]6)控制系統有反饋控制功能，可實時掌握動力電池當前電壓、當前行走速度及輸電線路傾角等信息。
[0033]7)輸送管路由快換接頭及管路組成，便於實現安全密封及快速更換。
[0034]8)具有配套的觸控螢幕控制系統及地面站控制系統，易於攜帶，便於在野外等場合作業。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]圖1是本發明一個實施例的整體示意圖；
[0036]圖2是一個實施例移動車體不意圖；
[0037]圖3是一個實施例機載控制系統框圖；
[0038]圖4是一個實施例壓緊模塊示意圖；
[0039]圖5是一個實施例清洗裝置示意圖；
[0040]圖6是一個實施例的清洗流程圖；
[0041]其中1.行走電機，2.主支撐板，3.輔助支撐板，4.滾輪，5.中間連杆，6.上蓋板，7.清洗電機，8.機載控制系統，9.伺服驅動器，10.電源模塊，11.主控MCU，12.電源管理模塊，13.吸盤天線，14.無線通信模塊，15.信號轉換電路，16.固態繼電器，17.四桿機構(曲柄滑塊機構)，18壓緊滾輪，19.清洗頭，20.連接裝置，21.連接杆，22.清洗劑桶，23.下蓋板，24.回收桶，25.液壓管路。【具體實施方式】
[0042]下面結合附圖對本發明的實施例做詳細說明:本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
[0043]如圖1所示，本實施例包括:移動車體、機載控制系統、電源模塊、清洗電機、伺服驅動器、壓緊裝置及清洗裝置等。其中:移動車體懸掛在架空輸電線上，並沿架空輸電線路前後運動，機載控制系統、電源模塊、清洗電機、伺服驅動器及壓緊裝置安裝在上蓋板上，上蓋板與下蓋板通過支架相連，回收桶及清洗劑桶安裝在下蓋板上。機載控制系統通過無線通信單元與地面站通信，接收地面站發送的速度、前進、後退、停止運動、開始清洗、停止清洗等控制指令，並把運行速度、電源模塊當前電壓、架空輸電線傾角等檢測數據發送回地面站。
[0044]如圖2所示，所述的移動車體包括:行走電機1、主支撐板2、輔助支撐板3、滾輪
4、中間連杆5及上蓋板6等。其中:行走電機I固定在主支撐板2上，經轉軸、鍵等驅動行走滾輪轉動。四個滾輪分別固定在兩套由主支撐板2及輔助支撐板3組成的行走支架上，行走支架懸掛在架空輸電線路上，帶動移動車體行走。行走支架通過中間連杆5與上蓋板6相連，組成移動車體。7為安裝在上蓋板上的清洗電機，8為安裝在上蓋板上的機載控制系統，9為安裝在上蓋板上的伺服驅動器，10為安裝在上蓋板上的電源模塊。
[0045]如圖3所示，所述的機載控制系統包括:主控MCUl1、電源管理模塊12、吸盤天線13、無線通信模塊14、信號轉換電路15、固態繼電器16，其中:主控MCU11、電源管理模塊12、無線通信模塊14、信號轉換電路15及固態繼電器16固定在PCB電路板上，PCB電路板再通過機械連接固定在上蓋板6上。無線通信模塊14通過信號線與主控MCUll相連。伺服驅動器9固定在上蓋板6上，通過電纜與PCB電路板上的信號轉換電路15及電源模塊相連，經電纜與行走電機相連，實現運動車體的前進、後退等控制。吸盤天線13利用吸盤吸附在主支撐板2上，通過SMA接口與無線通信模塊14相連，構成與地面站的通信迴路。固態繼電器16經信號線與主控MCUll相連，實現清洗電機的起、停控制。
[0046]如圖4所示，所述的壓緊模塊包括:四桿機構17及壓緊滾輪18，其中:四桿結構17具有死點，壓緊滾輪18安裝在四桿機構末端，與行走電機I帶動的傳動軸上的滾輪共同壓緊在架空輸電線路上，防止機器人的意外掉落及在架空輸電線路上滑動。
[0047]如圖5所示，所述的清洗裝置包括:清洗頭19、連接裝置20、連接杆21、清洗劑桶22、下蓋板23及回收桶24等。其中，清洗頭19為兩個180°對分的絞接結構，中部設有橫向貫通的中心孔，通過彈簧、滾輪裝置壓緊在架空輸電線上，架空輸電線從清洗頭19的機械中心穿過。架空輸電線與清洗頭19中間採用密封件密封。清洗頭19經連接裝置20與輔助支撐板3相連，實現沿架空輸電線路的運動。清洗頭19上入口與清洗電機7的隔膜泵出口相連，清洗頭19下出口與回收桶24相連，以防止清洗劑外洩。回收桶24及清洗劑桶22固定安裝在下蓋板23上，下蓋板23經連接杆21與上蓋板6相連。
[0048]本實施例的清洗過程(如圖6所示):清洗劑桶內注滿清洗劑，自動清洗機器人懸掛在架空輸電線上，壓緊裝置壓緊。打開電源模塊為系統供電。地面站通過無線裝置與板載控制器通信，發送前進、後退、停止、開始清洗、停止清洗、速度調節等控制信號，實現前進、後退、停止、開始清洗、停止清洗、速度調節等控制。清洗時，清洗劑經液壓管路25、清洗電機送至清洗頭，回收的清洗劑經液壓管道、回收裝置回流至清洗劑桶，形成閉合的液壓管路。清洗劑桶22與回收桶24下底部通過較小的直通孔相連，在直通孔上覆蓋有過濾網，實現雜物的直接過濾。
[0049]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。
【權利要求】
1.一種架空輸電線路自動清洗機器人系統，其特徵是，其由若干模塊結構組成，所述模塊結構包括移動車體、機載控制系統、電源模塊、清洗電機、伺服驅動器、壓緊裝置及清洗裝置，移動車體懸掛在架空輸電線上，並能夠沿架空輸電線路前後運動，機載控制系統、電源模塊、清洗電機、伺服驅動器及壓緊裝置安裝在移動車體的上蓋板上，上蓋板下部與清洗裝置相連；機載控制系統通過無線通信單元與地面站通信，接收地面站發送控制指令，並把檢測數據發送回地面站； 所述移動車體包括行走電機、主支撐板、輔助支撐板、滾輪、中間連杆和上蓋板，一對平行設置的主支撐板之間通過前後兩個滾輪連接，一對平行設置的輔助支撐板之間通過另外前後兩個滾輪連接，由四個滾輪、主支撐板及輔助支撐板組成行走支架，行走支架通過中間連杆與下部的上蓋板相連，組成移動車體，行走支架通過滾輪懸掛在架空輸電線上，並能夠帶動移動車體行走，行走支架下端固定於上連板上；行走電機固定在主支撐板上，且行走電機輸出軸驅動其中一個滾輪； 所述的壓緊裝置包括曲柄滑塊機構及壓緊滾輪，曲柄滑塊機構具有死點，壓緊滾輪安裝在曲柄滑塊機構滑塊末端，壓緊滾輪與行走電機帶動的傳動軸上的滾輪共同壓緊在架空輸電線上，防止機器人的意外掉落及在架空輸電線上滑動。
2.如權利要求1所述的架空輸電線路自動清洗機器人系統，其特徵是，所述清洗電機包括相連的一個高壓噴霧器用電機和隔膜泵，隔膜泵入口與清洗裝置的清洗劑桶相連通，隔膜泵用於將清洗劑桶中的清洗劑吸取並輸送至清洗裝置的清洗頭中。
3.如權利要求1所述的架空輸電線路自動清洗機器人系統，其特徵是，所述清洗裝置包括清洗頭、連接裝置、連接杆、清洗劑桶、下蓋板及回收桶，清洗頭通過彈簧、滾輪裝置壓緊在架空輸電線上，架空輸電線從兩個180°對分絞接結構的清洗頭的機械中心孔穿過；架空輸電線與清洗頭中間的機械中心孔採用密封件密封；清洗頭經連接裝置與輔助支撐板相連，實現沿架空輸電線路的運動；清洗頭的上入口與清洗電機的隔膜泵出口相連通，清洗頭的下出口經回收裝置與回收桶相連，以防止清洗劑外洩；回收桶及清洗劑桶固定安裝在下蓋板上，下蓋板經連接杆與上蓋板相連。
4.如權利要求3所述的架空輸電線路自動清洗機器人系統，其特徵是，所述清洗頭的上入口和下出口均與機械中心孔相通。
5.如權利要求3所述的架空輸電線路自動清洗機器人系統，其特徵是，所述架空輸電線與機械中心孔之間有間隙。
6.如權利要求3所述的架空輸電線路自動清洗機器人系統，其特徵是，所述清洗劑桶中盛放有二甲苯清洗劑。
7.如權利要求1所述的架空輸電線路自動清洗機器人系統，其特徵是，所述的機載控制系統包括:電源管理晶片、主控MCU、信號轉換電路、無線通信模塊和吸盤天線，電源管理晶片、主控MCU、信號轉換電路及無線通信模塊固定在PCB電路板上，PCB電路板再通過機械連接固定在上蓋板上；無線通信模塊通過信號線與主控MCU相連；吸盤天線利用吸盤吸附在主支撐板上，通過SMA接口與無線通信模塊相連，構成與地面站的通信迴路。
8.如權利要求1所述的架空輸電線路自動清洗機器人系統，其特徵是，所述的電源模塊為鋰離子動力電池，安裝在移 動車體的上蓋板上，為機載控制系統、清洗電機、伺服驅動器提供所需電力。
9.如權利要求1所述的架空輸電線路自動清洗機器人系統，其特徵是，所述的伺服驅動器包括一個BLDC-5015A直流無刷電機驅動器，與機載控制系統、電源模塊和行走電機相連，提供行走電機運動所需的各類控制功能。
10.一種利用架空輸電線路自動清洗機器人系統的清洗方法，其特徵是，具體步驟為: 1)在清洗劑桶內注滿清洗劑； 2)自動清洗機器人懸掛在架空輸電線上，壓緊裝置壓緊； 3)打開電源模塊為系統供電，地面站與自動清洗機器人進行通信測試； 4)地面站接收到機器人的反饋數據後，發送控制指令； 5)機器人接收到地面站或觸控螢幕發送的清洗指令時，具有隔膜作用的清洗電機運轉，將清洗劑經液壓管道送至清洗頭，再經霧化噴頭加壓後形成具有一定壓力的氣霧噴灑在導線上；從線上流下的回收清洗劑經液壓管道、回收裝置回流至清洗劑桶，形成閉合的液壓管路；同時，清洗 頭與導線之間採用液壓密封，避免清洗劑從清洗頭前端和後端的測漏。
【文檔編號】H02G1/02GK103887737SQ201410131072
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月29日 優先權日:2014年3月29日
【發明者】賈永剛, 程志勇, 郭銳, 賈娟, 仲亮, 曹雷, 張峰, 慕世友, 蔣斌, 李紅梅, 牛進蒼, 任傑, 傅孟潮, 高郎宏 申請人:山東魯能智能技術有限公司