基于移动环抱机构的绝缘子清洗机器人研究

针对高压线上绝缘子清洗过程中成本高、工作量大和危险性高的问题,研制了一款绝缘子清洗机器人。该机器人采用履带式移动机构,通过与绝缘子串表面之间的摩擦力实现定位和移动功能。机器人能够在绝缘子串上自由移动,这是进行清洗操作的前提。机器人配备双臂和清洗机构,通过驱动清洗机构的动作,喷嘴和毛刷联合作业,实现对绝缘子表面的清洗。喷嘴喷洒水润湿绝缘子表面,在水和机械力的作用下,将绝缘子表面的污渍冲刷掉,从而实现绝缘子的清洗。控制系统由上位机和底层控制系统组成,底层控制系统以STM32F103单片机为核心,采用无线蓝牙通信技术,可实现远程遥控操控。此外,还搭建了屏蔽罩,以实现对绝缘子的带电清洗方案。对绝缘子机器人的机械结构进行了分析和设计,并建立了相应的模型。在硬件选型和连接方面,做出了合理的选择。通过软件编程实现了机器人的功能,并具备良好的人机交互性能。试验结果表明,该机器人清洗后的绝缘子壁面干净程度可达到85%的良好率,初步满足了各项清洗要求。此外,该机器人的生产成本相对较低,具有良好的自主清洗和稳定性能,为商业化生产提供了理论参考。

绝缘子清洗机器人控制系统设计与实现

人工清洁绝缘子效率较低、危险性较高。因此,需要设计一款带电作业绝缘子清洁机器人代替工人清洁绝缘子串。以水平悬垂的玻璃绝缘子为目标,结合清洗功能,设计出一种绝缘子清洗机器人。针对绝缘子清洗机器人的控制系统,提出一种基于IDA-PBC的闭环控制系统,并基于此建立一个机器人平衡控制系统模型的实现方案。给出了该系统的模型+构建、硬件选择、软件实现以及人机交互功能,最后使用ROS-Gazebo平台进行仿真测试,结果表明,机器人的俯仰角的最大幅度约为0.04 rad(4°),验证了模型的鲁棒性,最终建立清洗机器人人机交互操控界面,为今后提高绝缘子清洗的智能化,提出了一种解决方案。该设备及相关方面的技术对机器人技术应用于绝缘子清洁方面,对提高电力领域的智能化,减轻工人劳动强度具有重大的意义,并且在电力维护领域具有一定的参考价值。

绝缘子清洗机器人静磁场分析及优化

绝缘子清洗机器人在绝缘子串上开展清洗作业时,可能会影响输电线路上的静磁场环境,导致周围静磁场产生变化,其磁场强度可能越限。因此需要开展机器人绝缘子串清洗作业的静磁场分析。针对机器人清洗110 kV输电线路上的水平悬式绝缘子情况,基于ANSYS有限元分析软件分析机器人到达绝缘子串3处位置时的静磁场强度大小以及分布情况;同时为了降低机器人对周围静磁场环境的影响,对机器人的制作材料进行了优化。静磁场分析结果表明,在110 kV输电线的输送功率为10~50 MW范围内,机器人移动到绝缘子串3处位置时的磁感应强度均达到了限值;比较了铝质材料和镀铜材料的静磁场强度,结果表明,机器人制造材料更换为磁导率相对较低的镀铜材料时,可以减少周围磁场强度的大小,缩小机器人移动到不同位置时的磁场强度相对变化量,降低机器人对输电线路电磁环境的影响。

绝缘子清洗专利技术分析

本文从专利角度对绝缘子清洗的专利技术分布做了相应分析,并着重对其中的绝缘子机器人清洗技术的发展进行了相应的梳理。在户外的绝缘子长期暴露在环境中运行,污秽层会逐渐沉积,污秽层中的电解质湿润后表面电导率增加,绝缘性能下降,造成绝缘子闪络放电,简称污闪。

用于清洗绝缘子的四旋翼无人机抗回冲力控制

本文主要针对利用四旋翼无人机清洗绝缘子时受到的回冲力干扰及姿态控制问题,提出了一种用于清洗绝缘子的无人机抗回冲力控制方法.对于无人机系统,本文运用非线性控制方法中的反步法来设计姿态控制器,使其达到输入状态稳定,并对外部扰动具有鲁棒性.本文首先根据无人机运动模型建立了其动力学方程.之后,运用动量定理和流体力学中的伯努利方程对所受的回冲力进行建模.然后,运用反步法设计姿态控制器并证明其稳定性.最后,运用MATLAB对无人机系统进行仿真实验,其结果证明了文中所提出的控制方法的有效性和鲁棒性.本文所提出的控制方案可以避免目前已有的一些技术存在的缺陷,并且为无人机抗扰动控制和绝缘子冲洗都提供了发展空间.

绝缘子清洗无人机的抗干扰跟踪控制

无人机在对绝缘子进行清洗过程中,喷水产生的回冲力以及外部阵风会对无人机的稳定性造成影响。针对这个问题,提出了一种基于扰动观测器的推力和转矩反馈控制律。值得注意的是,该控制方法不仅能够渐近抑制外部扰动,而且能够使得无人机实现对参考轨迹任意精度的跟踪。最后,通过数值仿真验证了所提出的控制方法的有效性。

变电站支柱绝缘子干冰清洗机器人的视觉伺服控制方法

设计了一种基于视觉伺服控制方法的变电站支柱绝缘子清洗机器人,能够在不停电状态下实现对绝缘子的高效安全无死角清洗,也解决了人工清洗的安全隐患问题。针对机器人在变电站内的带电作业环境,对机器人整体及重要部件进行设计,保证了机器人带电作业的安全性并完成对机器人视觉伺服控制系统的设计。利用YOLO-v4检测算法对目标绝缘子进行实时检测与二维定位,实现了检测精度与识别速度间的平衡,整体识别率达到95%以上。通过深度相机得到绝缘子与机器人间的相对深度信息来,对平面二维坐标进行转换获取绝缘子真实三维位姿以完成定位,整体定位精度达到3.5 cm以内。根据D-H法建立机器人连杆坐标模型,利用五次插值法规划机器人作业轨迹,保证了机器人各关节安全平稳运行,并设计了一种模糊-PID控制器对机器人期望轨迹进行控制和修正,保证了控制精度及稳定性。在变电站实际环境下进行清洗作业试验和耐压试验,验证了机器人视觉伺服控制系统在带电作业环境下对不同类型绝缘子实现高效清洗的可靠性,并通过数据对比验证了机器人相比人工作业能够提高清洗效率5%,减少清洗时间8 min。

绝缘子清洗过程中变污层参数的动态闪络模型

提出了一种计算固定水洗高压绝缘子直流闪络电压的动态模型。模型结合了静态闪络和动态电弧模型,考虑了洗涤过程中污染层电阻随时间的变化。本文在不同的等效盐沉积密度(ESDD)值下试验测量该变化并提出了一种计算洗涤过程中污染电阻随时间变化的数学模型。本文在不同的污染水平下,利用所提出的闪络模型计算直流闪络电压,考虑所采用的ESDD值对所提出的闪络模型进行了试验验证。结果表明所提出的模型与试验结果之间有很好的一致性。最后本文改进了绝缘子洗涤系统,减少洗涤中的闪络。

基于Pro/E和ADAMS的绝缘子带电干冰清洗机器人的运动仿真分析

Pro/E和ADAMS是当前国内外使用最广泛的三维建模软件和仿真分析软件。利用Pro/E技术建立绝缘子带电干冰清洗机器人模型,通过对带电绝缘子清洗机器人运动学分析,得到了运动学正解、逆解方程,采用ADAMS的运动仿真功能对绝缘子带电干冰清洗机器人的运动特性进行动力学仿真分析,给出了机器人在特定运动状态下末端工具的位移、速度及加速度等特性曲线,为绝缘子带电干冰清洗机器人的的运动控制及优化设计提供参考依据。

绝缘子带电干冰清洗机器人平移机构的优化设计

利用Pro/E的强大造型能力对绝缘子带电干冰清洗机器人零部件进行建模与装配,得到绝缘子带电干冰清洗机器人的三维实体模型。把机器人的主要部件平移机构导入到ANSYS Workbench软件中,利用ANSYS Workbench软件对机器人的平移机构进行静力结构分析,得到在其工作载荷下的变形和应力,并对其进行优化,从而确定最优的设计方案。

机车绝缘子干冰清洗机设计及应用

介绍了干冰清洗技术原理。设计了机车绝缘子专用干冰清洗机,对其主要部件进行详细介绍。干冰清洗机完成了现场试验,通过对设备的工作压力、进冰量、喷枪喷嘴距绝缘子表面距离等关键参数试验结果分析,得到了干冰清洗机在清洗绝缘子时的最佳工作参数。

电力系统污闪分析及其清扫机械手的设计

为解决电力系统绝缘子传统人工清扫中存在的危险性较大、费时费力、清扫效率低等问题,分析了绝缘子不同类型、不同半径、不同安装位置和安装角度对清扫的要求,提出了一种能够打破清扫角度局限性,实现360°全方位清扫的半自动清扫机械手设计方案。该方案通过清扫大臂的伸缩、毛刷的旋转和俯仰摆动,以及清扫手爪的开合调整,实现了各种类型绝缘子的清扫。研究结果表明,该清扫机械手可以很好地代替传统人工清扫,提高了清扫效率,保证了清扫质量,使清扫工作更安全。

双臂式电力抢险工程车设计

主要介绍一种适用于电力行业变电站的带电清洗绝缘子智能清洗、高架线缆冬季带电除冰及高空电缆头的现场抢险标准化作业的可移动式专用电力工程机械设备。该设备包括1个手握智能式带电绝缘子清洗机械手、1个手握智能式带电线路除冰机械手、1个高空作业的旋转平台及1套可收折式的一站式电缆头快速施工装置,为行业变电站带电绝缘子的清洗、高架线路的冬季除冰、电缆头标准化作业等提供了一套行之有效的选项方案。