發(fā)布時間：2022-02-24所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：設(shè)計了一種可對室內(nèi)電氣設(shè)備進(jìn)行自動巡視的機(jī)器人。通過對變配電室內(nèi)現(xiàn)場情況的實(shí)際情況調(diào)查，提出對電氣柜相關(guān)儀表進(jìn)行拍照取樣和對柜體接觸檢測的方案。將機(jī)器人分成移動平臺(AGV小車)、控制系統(tǒng)(工業(yè)平板、PLC、相關(guān)傳感器等)、主體機(jī)械結(jié)構(gòu)(小擺臂結(jié)構(gòu)，大
摘 要：設(shè)計了一種可對室內(nèi)電氣設(shè)備進(jìn)行自動巡視的機(jī)器人。通過對變配電室內(nèi)現(xiàn)場情況的實(shí)際情況調(diào)查，提出對電氣柜相關(guān)儀表進(jìn)行拍照取樣和對柜體接觸檢測的方案。將機(jī)器人分成移動平臺(AGV小車)、控制系統(tǒng)(工業(yè)平板、PLC、相關(guān)傳感器等)、主體機(jī)械結(jié)構(gòu)(小擺臂結(jié)構(gòu)，大擺臂結(jié)構(gòu)和主升降架)。通過控制移動平臺移動到固定的檢測點(diǎn)，主體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行升降及旋轉(zhuǎn)，工業(yè)照相機(jī)拍照，相關(guān)傳感器檢測。從試用情況看，巡檢機(jī)器人完成了研制要求，實(shí)現(xiàn)了巡檢自動化。
關(guān)鍵詞：巡檢機(jī)器人;接觸式檢測;擺臂結(jié)構(gòu);提升結(jié)構(gòu)
0 引 言
近年來，中國鐵路迅速發(fā)展，不僅是鐵路軌道與火車本身，相配的鐵路電力變配電所的數(shù)量也在不斷增加，電力事故安全隱患也呈上升趨勢，這直接影響到了鐵路運(yùn)營本身。在鐵路總體安全方面，從我國歷年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，無論是發(fā)生次數(shù)，還是直接經(jīng)濟(jì)損失，電力事故都是不容忽視的部分[1-2]。目前，這些配電所的巡視主要還是采取傳統(tǒng)人工巡檢的方式，有著不少問題：1)人員問題。當(dāng)前電工人員配給不足，維護(hù)人員水平有限，加上值班人員長期處于加班、疲勞的狀態(tài)，無形中給配電所的安全帶來隱患。2)數(shù)據(jù)問題。采用人工巡檢方式的配電房運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄多不完整，一般只有最基本數(shù)據(jù)可以由運(yùn)行值班人員通過記錄相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄來實(shí)現(xiàn)。通常也不進(jìn)入計算機(jī)系統(tǒng)，無法為大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)。3)故障預(yù)報問題。由于人工采集的數(shù)據(jù)量較少，數(shù)據(jù)種類不全面，覆蓋面不夠，離散性較大，且多為紙上數(shù)據(jù)，所以也就無法預(yù)先發(fā)現(xiàn)配電房內(nèi)設(shè)備的潛在故障，也無法第一時間在故障發(fā)生時上報等缺點(diǎn)，最終導(dǎo)致用電可靠性大幅降低。4)運(yùn)行監(jiān)控問題。雖然現(xiàn)有的電力運(yùn)行有相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)，但配電房環(huán)境還沒有實(shí)現(xiàn)自動實(shí)時監(jiān)測運(yùn)行狀況，也就較難實(shí)現(xiàn)電力事故的預(yù)防和控制。
由于機(jī)器人巡檢相對于前兩種具有接近巡檢對象、安全性高和成本相對低廉的優(yōu)勢，因而巡檢機(jī)器人成為了國內(nèi)外研究熱點(diǎn)[3] 。
1 巡檢機(jī)器人的系統(tǒng)組成
該巡檢機(jī)器人主要由三部分組成：移動平臺(AGV小車)，電氣控制柜，主體機(jī)械結(jié)構(gòu)(如圖1)。移動平臺作為變電站巡檢機(jī)器人的重要組成部位，根據(jù)行走機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，可以分為軌道式、輪式、履帶式3種主要類型 。經(jīng)一番比較，選擇AGV小車這種輪式結(jié)構(gòu)作為移動平臺，它主要負(fù)責(zé)運(yùn)載機(jī)器人主體在室內(nèi)沿著磁條軌道運(yùn)動，及在鋪設(shè)的多處站點(diǎn)(地標(biāo)卡)處停下，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)能進(jìn)行運(yùn)動和對室內(nèi)柜體的檢測;電氣控制柜中主要裝有PLC 控制線路和工業(yè)平板電腦，用于控制AGV小車、機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動和對檢測信息的接收分析處理顯示;主體機(jī)械結(jié)構(gòu)則分為3塊，分別為小擺臂、大擺臂和主升降架，其中小擺臂和主升降架上裝有工業(yè)攝像頭，用來讀取室內(nèi)電氣柜上各種信息以傳遞給工業(yè)計算機(jī)處理，大擺臂上則裝有電壓傳感器和紅外溫度傳感器。
2 巡檢機(jī)器人主要機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計
2.1 大、小擺臂的設(shè)計
由于巡檢內(nèi)容中有高度較低(0.3 m)的項目，低于 AGV小車的高度，加上在機(jī)器人休息(回原點(diǎn)充電)時，要求全部機(jī)械結(jié)構(gòu)收回到AGV小車上方，這就需要擺臂在工作時下擺到AGV小車上平面以下,如圖2所示。
為滿足抓手在抓緊鋼軌所需的轉(zhuǎn)矩要求，選用步科 SMC60S型號的步進(jìn)電動機(jī)，與步進(jìn)電動機(jī)配合的減速器選用PL90P-40行星減速器，兩者固定于小轉(zhuǎn)臂支架，輸出 端 連 接 方管，再連接上攝像頭。小轉(zhuǎn)臂支架上固定有兩傳感器支架，兩支架上各有一接觸傳感器，用于檢測轉(zhuǎn)臂位置，傳感器支架上有腰孔，用于調(diào)節(jié)傳感器位置，進(jìn)一步使得調(diào)節(jié)小轉(zhuǎn)臂極限位置更為方便。
與小擺臂上安裝的相機(jī)不同，大擺臂末端安裝的是帶有一定柔性的傳感器組件(傳感器盒)。大擺臂的設(shè)計如圖3所示，基本結(jié)構(gòu)與小擺臂類似，利用伺服電動機(jī)、減速器帶動擺臂的轉(zhuǎn)動，不同的是增加了一套同步帶系統(tǒng)，帶輪大支架1固定于轉(zhuǎn)臂支架上，而帶輪大支架中安裝有同步帶輪3，同步帶2一端連接于同步帶輪3，另一端連接固定在帶輪小支架 5 上 的 同 步 帶輪，該同步帶輪內(nèi)裝有軸承，再通過銷軸固定于支架板4上。由于同步帶輪3被固定在帶輪大支架3上，是無法轉(zhuǎn)動的，當(dāng)擺臂轉(zhuǎn)動一個角度時，同步帶2會隨之運(yùn)動，同步帶會相對于同步帶輪2 轉(zhuǎn)動一個相同的角度，正好等于同步帶相對帶輪小支架5轉(zhuǎn)動的角度。于是，帶輪小支架相對于同步帶轉(zhuǎn)動的角度與同步帶(鋁方管)相對于轉(zhuǎn)臂支架(地面)轉(zhuǎn)動的角度相互抵消，即帶輪小支架相對于轉(zhuǎn)臂支架(地面)無轉(zhuǎn)動。因此，只要安裝時保持帶輪小支架上表面水平，那么無論擺臂如何轉(zhuǎn)動，支架上表面始終保持水平，這為其上方安裝的傳感器盒提供了平臺。
2.2 傳感器盒的設(shè)計
傳感器盒中有三種傳感器——放電傳感器、紅外溫度傳感器和微動傳感器，其中放電傳感器、紅外溫度傳感器是為了監(jiān)測電氣柜內(nèi)放電以及表面溫度狀況，而微動傳感器是為了實(shí)現(xiàn)擺臂轉(zhuǎn)動的止動設(shè)置的。
傳感器盒的結(jié)構(gòu)如圖4所示，底板上安裝有直線軸承座，兩根套著有一定預(yù)壓縮量彈簧的光軸一端固定在傳感器盒上，另一端穿過直線軸承，傳感器盒上裝有魚眼軸承和微動傳感器 支 架 ，再分別固定上放電傳感器和微動傳感器。底板固定在大擺臂上。
巡檢機(jī)器 人 工 作時，到達(dá)地標(biāo)卡設(shè)定位置，大擺臂向電氣柜方向 轉(zhuǎn) 動，傳感器盒貼近電 氣 柜，直到微動傳感器碰到電氣柜，作用大擺臂再轉(zhuǎn)動一個固定角度，使放電傳感器能貼合在電氣柜上檢測電壓。由于傳感器盒上彈簧和魚眼軸承的設(shè)置，無論是AGV車身偏斜、大擺臂轉(zhuǎn)動角度有偏差，還是電氣柜柜體傾斜，放電傳感器都能轉(zhuǎn)過一定的角度，緊密貼合在電氣柜上進(jìn)行工作。
2.3 主升降機(jī)架的設(shè)計
主升降架上安裝攝像機(jī)，用于檢測電氣柜上指示燈的狀態(tài)、記錄表頭的數(shù)據(jù)及檢測柜門的開合狀況。
主升降架結(jié)構(gòu)如圖5所示，線性模組固定在底座上，采用 SM60S伺服電動機(jī)驅(qū)動。模組滑臺上固定有方管，方管上裝有線性導(dǎo)軌，導(dǎo)軌滑塊與攝像機(jī)支架連接。方管的上下端各裝有一軸，軸上裝有軸承和同步帶輪，軸承分別由軸肩內(nèi)側(cè)的套筒定位。同步帶可在兩同步帶輪上轉(zhuǎn)動，同步帶一側(cè)通過壓板和連接片固定在線性模上，另一側(cè)也通過壓板和連接片固定在攝像機(jī)支架上。
當(dāng)模組滑臺上升時，方管相對于固定在模組上的同步帶向上移動，即同步帶開始轉(zhuǎn)動，方管相對模組上升的高度等于攝像機(jī)相對于方管上升的高度，形成了一個二級提升的結(jié)構(gòu)，使攝像頭能夠提升到足夠高的位置(2.5 m)，另外攝像機(jī)下方連接有步進(jìn)電動機(jī)可以轉(zhuǎn)動，這使得主升降架上的攝像機(jī)可以多角度全方位地進(jìn)行拍攝工作。
3 結(jié) 論
電氣柜自動巡檢機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)電氣設(shè)備的巡檢自動化，減輕了工作人員的勞動強(qiáng)度，降低了企業(yè)的勞動力成本，大大提高了工作效率。大擺臂結(jié)構(gòu)采用的同步帶系統(tǒng)、傳感器盒采用的彈簧及魚眼軸承組合成的一種接觸式檢測結(jié)構(gòu)，為設(shè)備檢測提供了新的思路。智能巡檢機(jī)器人仍然有很大的發(fā)展空間，例如實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人更精細(xì)化的操作，智能巡檢機(jī)器人改變了傳統(tǒng)的室內(nèi)電氣設(shè)備巡檢方式，對今后設(shè)備巡檢領(lǐng)域的發(fā)展意義深遠(yuǎn)。 ——論文作者：朱家誠， 方明進(jìn)， 魏澤旭， 郭亞杰
[參 考 文 獻(xiàn)]
[1] 羅俊豪,顏雨薇.變電站自動巡檢機(jī)器人系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J]. 電氣應(yīng)用,2014,33(13):80-84.
[2] 周立輝,張永生,孫勇,等.智能變電站巡檢機(jī)器人研制及應(yīng)用[J]. 電力系統(tǒng)自動化,2011,35(19):85-88,96.
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[4] 楊旭東,黃玉柱,李繼剛,等.變電站巡檢機(jī)器人研究現(xiàn)狀綜述[J]. 山東電力技術(shù),2015,42(1):30-34.
