發布時間：2022-02-24所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：設計了一種可對室內電氣設備進行自動巡視的機器人。通過對變配電室內現場情況的實際情況調查，提出對電氣柜相關儀表進行拍照取樣和對柜體接觸檢測的方案。將機器人分成移動平臺(AGV小車)、控制系統(工業平板、PLC、相關傳感器等)、主體機械結構(小擺臂結構，大
摘 要：設計了一種可對室內電氣設備進行自動巡視的機器人。通過對變配電室內現場情況的實際情況調查，提出對電氣柜相關儀表進行拍照取樣和對柜體接觸檢測的方案。將機器人分成移動平臺(AGV小車)、控制系統(工業平板、PLC、相關傳感器等)、主體機械結構(小擺臂結構，大擺臂結構和主升降架)。通過控制移動平臺移動到固定的檢測點，主體機械結構進行升降及旋轉，工業照相機拍照，相關傳感器檢測。從試用情況看，巡檢機器人完成了研制要求，實現了巡檢自動化。
關鍵詞：巡檢機器人;接觸式檢測;擺臂結構;提升結構
0 引 言
近年來，中國鐵路迅速發展，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營本身。在鐵路總體安全方面，從我國歷年的統計數據來看，無論是發生次數，還是直接經濟損失，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人工巡檢的方式，有著不少問題：1)人員問題。當前電工人員配給不足，維護人員水平有限，加上值班人員長期處于加班、疲勞的狀態，無形中給配電所的安全帶來隱患。2)數據問題。采用人工巡檢方式的配電房運行數據記錄多不完整，一般只有最基本數據可以由運行值班人員通過記錄相關運行數據記錄來實現。通常也不進入計算機系統，無法為大數據應用服務。3)故障預報問題。由于人工采集的數據量較少，數據種類不全面，覆蓋面不夠，離散性較大，且多為紙上數據，所以也就無法預先發現配電房內設備的潛在故障，也無法第一時間在故障發生時上報等缺點，最終導致用電可靠性大幅降低。4)運行監控問題。雖然現有的電力運行有相應的監控系統，但配電房環境還沒有實現自動實時監測運行狀況，也就較難實現電力事故的預防和控制。
由于機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勢，因而巡檢機器人成為了國內外研究熱點[3] 。
1 巡檢機器人的系統組成
該巡檢機器人主要由三部分組成：移動平臺(AGV小車)，電氣控制柜，主體機械結構(如圖1)。移動平臺作為變電站巡檢機器人的重要組成部位，根據行走機構特點，可以分為軌道式、輪式、履帶式3種主要類型 。經一番比較，選擇AGV小車這種輪式結構作為移動平臺，它主要負責運載機器人主體在室內沿著磁條軌道運動，及在鋪設的多處站點(地標卡)處停下，使得機械結構能進行運動和對室內柜體的檢測;電氣控制柜中主要裝有PLC 控制線路和工業平板電腦，用于控制AGV小車、機械結構的運動和對檢測信息的接收分析處理顯示;主體機械結構則分為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攝像頭，用來讀取室內電氣柜上各種信息以傳遞給工業計算機處理，大擺臂上則裝有電壓傳感器和紅外溫度傳感器。
2 巡檢機器人主要機械結構的設計
2.1 大、小擺臂的設計
由于巡檢內容中有高度較低(0.3 m)的項目，低于 AGV小車的高度，加上在機器人休息(回原點充電)時，要求全部機械結構收回到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矩要求，選用步科 SMC60S型號的步進電動機，與步進電動機配合的減速器選用PL90P-40行星減速器，兩者固定于小轉臂支架，輸出 端 連 接 方管，再連接上攝像頭。小轉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，用于檢測轉臂位置，傳感器支架上有腰孔，用于調節傳感器位置，進一步使得調節小轉臂極限位置更為方便。
與小擺臂上安裝的相機不同，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)。大擺臂的設計如圖3所示，基本結構與小擺臂類似，利用伺服電動機、減速器帶動擺臂的轉動，不同的是增加了一套同步帶系統，帶輪大支架1固定于轉臂支架上，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，是無法轉動的，當擺臂轉動一個角度時，同步帶2會隨之運動，同步帶會相對于同步帶輪2 轉動一個相同的角度，正好等于同步帶相對帶輪小支架5轉動的角度。于是，帶輪小支架相對于同步帶轉動的角度與同步帶(鋁方管)相對于轉臂支架(地面)轉動的角度相互抵消，即帶輪小支架相對于轉臂支架(地面)無轉動。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測電氣柜內放電以及表面溫度狀況，而微動傳感器是為了實現擺臂轉動的止動設置的。
傳感器盒的結構如圖4所示，底板上安裝有直線軸承座，兩根套著有一定預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。
巡檢機器 人 工 作時，到達地標卡設定位置，大擺臂向電氣柜方向 轉 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置，無論是AGV車身偏斜、大擺臂轉動角度有偏差，還是電氣柜柜體傾斜，放電傳感器都能轉過一定的角度，緊密貼合在電氣柜上進行工作。
2.3 主升降機架的設計
主升降架上安裝攝像機，用于檢測電氣柜上指示燈的狀態、記錄表頭的數據及檢測柜門的開合狀況。
主升降架結構如圖5所示，線性模組固定在底座上，采用 SM60S伺服電動機驅動。模組滑臺上固定有方管，方管上裝有線性導軌，導軌滑塊與攝像機支架連接。方管的上下端各裝有一軸，軸上裝有軸承和同步帶輪，軸承分別由軸肩內側的套筒定位。同步帶可在兩同步帶輪上轉動，同步帶一側通過壓板和連接片固定在線性模上，另一側也通過壓板和連接片固定在攝像機支架上。
當模組滑臺上升時，方管相對于固定在模組上的同步帶向上移動，即同步帶開始轉動，方管相對模組上升的高度等于攝像機相對于方管上升的高度，形成了一個二級提升的結構，使攝像頭能夠提升到足夠高的位置(2.5 m)，另外攝像機下方連接有步進電動機可以轉動，這使得主升降架上的攝像機可以多角度全方位地進行拍攝工作。
3 結 論
電氣柜自動巡檢機器人實現了室內電氣設備的巡檢自動化，減輕了工作人員的勞動強度，降低了企業的勞動力成本，大大提高了工作效率。大擺臂結構采用的同步帶系統、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構，為設備檢測提供了新的思路。智能巡檢機器人仍然有很大的發展空間，例如實現巡檢機器人更精細化的操作，智能巡檢機器人改變了傳統的室內電氣設備巡檢方式，對今后設備巡檢領域的發展意義深遠。 ——論文作者：朱家誠， 方明進， 魏澤旭， 郭亞杰
[參 考 文 獻]
[1] 羅俊豪,顏雨薇.變電站自動巡檢機器人系統及其關鍵技術[J]. 電氣應用,2014,33(13):80-84.
[2] 周立輝,張永生,孫勇,等.智能變電站巡檢機器人研制及應用[J]. 電力系統自動化,2011,35(19):85-88,96.
[3] 何緣,吳功平,王偉,等.高壓輸電線路智能巡檢機器人的研制與應用[J].武漢大學學報(工學版),2016,49(3):446-451,464.
[4] 楊旭東,黃玉柱,李繼剛,等.變電站巡檢機器人研究現狀綜述[J]. 山東電力技術,2015,42(1):30-34.
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