一种变电站电容塔维检机器人的多功能作业末端的制作方法

1.本实用新型属于输电运维领域，具体为一种变电站电容塔维检作业机器人的多功能作业末端。

背景技术：

2.由于高压变电站电容塔的电容器长期暴露于大气之中，并工作在强电场、强机械应力、剧烈天气变化等恶劣环境中，固态、液态和气态的污秽微粒会沉积在电气外绝缘的表面，在雾、露、毛毛雨、融冰(雪)等恶劣气象条件作用下，电容器的电气强度将大大降低，使电容塔的健康状态出现恶化。
3.基于变电站安全运行重要性考虑，需要定期的对电容器进行健康状况评估，并完成电容测量、绝缘子清洗、螺栓紧固等作业任务。
4.在以往实践中，电容塔维护的工作人员需要依次进行绝缘子清洗、电容检测和螺栓紧定任务。但由于电容塔的电容器数量极为庞大，对其进行测量、清洗、检修等作业任务需要大量人力，且费时费力，对电容塔高处的电容器进行作业时还存在着一定作业风险，为了追求作业效率，施工人员的作业质量可能会存在差异，从而埋下安全隐患。

技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种能对变电站电容塔健康状态进行实时评估，并能持续、稳定地在变电站中完成绝缘子清洗、电容测量和螺栓紧固作业的作业机器人的多功能作业末端。
6.本实用新型提供的这种变电站电容塔维检机器人的多功能作业末端，采用以下技术方案：包括清洗模块、螺栓紧固模块和电容检测模块，清洗模块为可开合的筒状结构，螺栓紧固模块位于清洗模块的后侧，与清洗模块共轴向中心线布置，电容检测模块分别与清洗模块和螺栓紧固模块连接。
7.上述技术方案的一种实施方式中，该作业末端包括清洗模块、螺栓紧固模块和电容检测模块，清洗模块为可开合的筒状结构，螺栓紧固模块位于清洗模块的后侧，与清洗模块共轴向中心线布置，电容检测模块分别与清洗模块和螺栓紧固模块连接。
8.上述技术方案的一种实施方式中，所述清洗模块包括清洗套筒和驱动装置，清洗套筒包括上固定环和其两侧对称铰接的侧活动环，通过驱动装置使侧活动环相对上固定环的开合。
9.上述技术方案的一种实施方式中，所述驱动装置有两套，每套包括伺服电机和微型谐波减速器，微型谐波减速器的刚轮对称安装于所述上固定环的内端两侧，柔轮分别与侧活动环内端固定，侧活动环的外端与上活动环之间通过平面推力轴承连接，伺服电机的输出轴分别与微型谐波减速器的波发生器连接，使侧活动环可相对上固定环开合。
10.上述技术方案的一种实施方式中，所述螺栓紧固模块包括驱动装置、柔性传动轴、棘轮机构、内六角套筒和弹性定位组件，棘轮机构连接于柔性传动轴的一端，内六角套筒连
接于棘轮机构外端，柔性传动轴的另一端与驱动装置连接，弹性定位组件同轴套于柔性传动轴外，两端分别与内六角套筒和驱动装置的保护壳固定。
11.上述技术方案的一种实施方式中，所述驱动装置包括安装与保护壳中的伺服电机、蜗杆和蜗轮，伺服电机连接蜗杆水平布置，蜗轮啮合于蜗杆的上方。
12.上述技术方案的一种实施方式中，所述柔性传动轴为三节万向节联轴器，三节万向节联轴器的一端固定于蜗轮的中心孔中，另一端连接棘轮，棘轮的轮轴连接于内六角套筒的内端中心位置。
13.上述技术方案的一种实施方式中，所述弹性定位组件包括向心轴承和弹簧，向心轴承连接于所述内六角套筒外，定位弹簧套于所述柔性传动轴外，一端与向心轴承连接，另一端与所述保护壳的内侧连接。
14.上述技术方案的一种实施方式中，所述电容检测模块包括静电电荷探针和连接底座，连接底座包括竖直板和其连接的水平框，竖直板垂直固定于所述保护壳的外侧，水平框的外端连接于所述上固定环内端的中间位置，使所述内六角套筒与上固定环共轴向中心线；竖直板上安装有摄像头。
15.本实用新型的清洗模块和螺栓紧固模块通过电容检测模块连接成整体，螺栓紧固模块布置于清洗模块的后侧，且与清洗模块共轴向中心线，所以在清洗模块沿针式绝缘子移动对其进行清洗时，螺栓紧固模块可同时工作对针式绝缘子的螺栓进行紧固操作。电容塔的电容器安装两根针式绝缘子作为电极，使针式绝缘子和电容器形成带阻电容器，所以先将针式绝缘子清洗和紧固螺栓后进行电容检测。本实用新型具有结构优化的同时具有高维检效率。
附图说明
16.图1为本实用新型一个实施例的主视结构示意图。
17.图2为图1的俯视示意图。
18.图3为图1的右视示意图。
19.图4为本实施例的轴测结构示意图。
20.图5为本实施例中机械臂与第一末端的装配示意图。
21.图6为本实施例中机械臂与第二末端的装配示意图。
22.图7为图6中第二末端的放大结构示意图。
23.图8为图7中的螺栓紧固模块放大结构示意图。
24.图9为图7的轴测结构示意图。
25.图10至图13为第二末端对针式绝缘子进行清洗和紧固螺栓的过程示意图。
26.图14至图17为第二末端清洗和螺栓栓紧固作业完成后退出的过程示意图。
27.图18和图19为电容检测前第一末端和第二末端调整后的状态示意图。
28.图20为第一末端和第二末端协同进行电容检测的示意图。
具体实施方式
29.如图1至图9所示，本实施例公开的这种变电站电容塔维检作业机器人的多功能作业末端作为图1所示机器人系统的第二末端f，机器人系统主要包括移动底盘a、升降装置b、
平移装置c、机械臂一d1、机械臂二d2、第一末端e和第二末端f。
30.移动底盘a为具有前轮和后轮的汽车底盘，采用阿克曼转向结构，采用独立前轮转向以及摇摆臂悬挂。
31.变电站内多为水泥地面，地面平整度较低且表面粗糙，故传统工厂内agv底盘不适宜在这样的室外环境运行。移动底盘作为系统其它装置的搭载装置，需具有一定的承载能力，故采用汽车底盘，其轮胎磨损程度小，适合这种大负载长时间高强度工作，其前轮同汽车一样采用阿克曼转向结构。该底盘采用独立前轮转向以及摇摆臂悬挂，增强了其环境适应能力，可以顺利通过减速带等障碍，完全可以应对变电站内工作环境。
32.升降装置b包括剪式升降架b1和液压缸b2。剪式升降架b1的下端固定于移动底盘的车架上，上端设置有矩形的搭载平台b3。液压缸b2倾斜布置，其两端分别安装于剪式升降架b1底部和中部的折叠关节处。
33.平移装置c包括固定架c1、横移架c2、纵移架c3、横向丝杆滑块装置c4和纵向丝杆滑块装置c5。
34.固定架c1安装于搭载平台b3上，横向丝杆滑块装置设置于固定架c1的横向中间位置，横向丝杆滑块装置c4的滑块与横移架c2的底面连接固定，纵向丝杆滑块装置c5设置于横移架c2的纵向外侧，纵向丝杆滑块装置的滑块与纵移架c3底面连接固定。横移架在横向丝杆滑块装置的作用下可相对固定架横向移动，纵移架在纵向丝杆滑块装置的作用下可相对纵移架纵向移动，从而实现机械臂的精确位置调整。
35.因为丝杆滑块装置为成熟的技术，可根据需要跟厂家协商定制，所以图中采用简易表示。
36.机械臂一d1和机械臂二d2均为六自由度臂，本实施例中采用ur5机械臂。两机械臂沿纵移架c3的纵向安装。
37.第一末端e用于支柱绝缘子的清洗，第二末端f用于针式绝缘子的清洗及螺栓紧固，两个末端配合进行电容检测。支柱绝缘子竖直安装，针式绝缘子水平安装。
38.两作业末端分别设置连接座，连接座分别通过紧固件与两机械臂的末端可拆卸连接。
39.第一末端e包括第一清洗模块、气缸和静电电荷探针。
40.第一清洗模块包括固定套板e1和活动套板e2。
41.固定套板e1的内表面为圆弧形，外表面为u形型。活动套板e2的内表面为圆弧形，外表面为l形。固定套板e1和活动套板e2的内壁均设置有高压清洗水道，高压清洗水道连接有喷嘴，喷嘴在图中未示出。
42.固定套板e1的开口两侧对称铰接活动套板e2后围成清洗套筒，清洗套筒的内腔为圆形，清洗套筒的高度方向两侧中间位置对称设置气缸f3，气缸的固定端安装于固定套板e1上，活动端安装于活动套板e2上。
43.固定套板e1的内平面外侧中心位置设置有与机械臂末端连接的连接座，静电电荷探针二tz2设置于内平面上端的宽度方向中间位置，内平面下端安装摄像头。
44.第二末端f包括第二清洗模块、伺服电机及其输出轴连接的微型谐波减速器、螺栓紧固模块和电容检测模块。
45.第二清洗模块包括上固定环f1和其两侧对称布置的侧活动环f2。
46.微型谐波减速器f3有两台，它们的刚轮对称安装于上固定环f1的内端两侧，柔轮分别与侧活动环f2的内端固定，侧活动环f2的外端与上活动环f1之间通过平面推力轴承加向心轴承连接，两伺服电机sfdj的输出轴分别与微型谐波减速器f3的波发生器连接，使侧活动环f2可相对上固定环f1开合。
47.螺栓紧固模块主要包括伺服电机sfdj、蜗杆f4、蜗轮f5、三节万向节联轴器f6、棘轮机构f7、内六角套筒f8、弹簧f9。
48.伺服电机sfdj固定于保护壳f10内，输出轴与蜗杆f4连接，蜗杆的另一端通过向心轴承与保护壳f10连接，保证蜗杆为平稳顺滑的转动副。蜗杆与涡轮f5构成蜗轮蜗杆传动机构，涡轮一端通过向心推力轴承与保护壳连接，另一端与三节万向节联轴器f6连接，三节万向节联轴器的该端通过向心轴承与保护壳连接保证旋转平滑稳定，三节万向节联轴器的另一端通过棘轮机构f7与内六角套筒f8连接，保证内六角套筒可以朝一个方向自由转动，内六角套筒外连接向心轴承xxzc，保护壳f10与向心轴承之间连接弹簧f9，保证螺栓紧固模块有准确的初始位置，棘轮机构f7与三万向节联轴器f6组成的柔性结构使螺栓紧固模块在末端存在一定角度与位置误差的情况下套在螺栓上。
49.电容检测模块包括静电电荷探针一tz1和连接底座，连接底座包括竖直板f11和水平框f12，竖直板垂直固定于保护壳f10的外壁，水平框连接于上固定环f1内端的中间位置，使内六角套筒与上固定环共轴向中心线。竖直板的外侧设置用于连接机械臂的连接座，内侧设置摄像头sxt。
50.本系统设置二级储水方案给末端清洗绝缘子提供水源，在移动底盘a上设置大容积的一级水箱yjsx，这样在增大储水量的同时降低整个系统的重心保证系统的稳定性。在搭载平台b3上设置小容量的两个二级水箱ejsx，分别给两个末端提供水源，二级水箱随搭载平台升降。一级水箱中的水通过水泵加压输送至二级水箱，二级水箱中的水通过水泵加压输送至相应末端。
51.本系统在移动底盘上设置气缸配套的空压机kyj，液压缸配套的液压站(图中未示出)。
52.本系统的工作过程及原理如下。
53.(1)系统通过移动底盘移动至指定位置。
54.(2)升降装置的液压缸工作，调节剪式升降架的高度，使剪式升降架上端的搭载平台到达指定高度。
55.针对支柱绝缘子的清洗，第一末端及安装该末端的机械臂工作，具体过程如下：
56.机械臂的关节协同运动，使第一末端到达待清洗的支柱绝缘子下方/下方；
57.第一末端的两气缸同时工作将两活动套板打开；
58.机械臂的关节协同运动，使第一末端上升/下降至支柱绝缘子外围；
59.两气缸同时工作将两活动套板合拢围成清洗套；
60.给清洗套泵水，同时机械臂的关节协同运动，使清洗套沿支柱绝缘子上下往复运动进行清洗工作。
61.针对针式绝缘子的清洗，第二末端及安装该末端的机械臂工作，具体过程如下：
62.(1)第二末端的两伺服电机同时工作驱动微型谐波减速器，使微型谐波减速器驱动两块侧活动环打开；
63.(2)安装第二末端的机械臂运动，将第二清洗模块移动至待清洗绝缘子串的外端，且使上固定环的轴向中心线与绝缘子串的轴向中心线重合，螺栓紧固模块的内六角套筒与绝缘子中心的螺栓对正，如图10所示；
64.(3)机械臂运动使第二末端向前平移至第二清洗模块的内端越过绝缘子串内端的螺栓，如图11所示；
65.(4)第二清洗模块的伺服电机反向工作，使第二清洗模块的两块侧活动环合拢与上固定环一起形成清洗套筒，如图12所示；
66.(5)机械臂运动使第二清洗模块向前移动的同时给第二清洗模块加压供水开始清洗工作，同时还启动螺栓紧固模块的伺服电机使内六角套筒转动，第二清洗模块向前移动时，内六角套筒将螺栓紧固，如图13所示；
67.(6)绝缘子清洗和螺栓紧固完成后，反向操作步骤(1)后，如图14所示，使第二末端退出至步骤(2)的状态，如图15-17所示；
68.接下来，本系统对电容器进行电容检测，电容器的两电极分别连接针式绝缘子，即电容器和针式绝缘子相当于一个带阻电容器。两根电容静电电荷探针一起工作可以测量电容值。电容测量工作由两个末端共同测量，通过静电电荷探针与电容上导线接触，形成回路，对需要测试的电容进行测试，以完成电容塔电容值测量的任务，具体过程如下：
69.安装第二末端的机械臂运动，使第二末端旋转至静电电荷探针处于水平状态，如图18所示，另一机械臂运动，使第一末端安装的静电电荷探针处于水平状态，如图19所示。此时为电容检测的初始状态。
70.之后在通过视觉检测技术确定待检测电容元件一1208和待检测电容元件二1209的位置后，控制机械臂一d1调整静电电荷探针一tz1的位置和姿态，使静电电荷探针一tz1可以与待检测电容元件一1208接触，同时控制机械臂二d2调整静电电荷探针二tz2的位置和姿态，使电容静电电荷探针二tz2可以与待检测电容元件二1209接触。在这一过程控制机械臂一d1和机械臂二d2的算法要进行避障的轨迹规划，避免电容静电电荷探针一tz1和电容静电电荷探针二tz2与绝缘子串1207发生碰撞。当电容静电电荷探针一tz1与待检测电容元件一1208接触并且电容静电电荷探针二tz2与待检测电容元件二1209接触时，电容静电电荷探针一tz1和电容静电电荷探针二tz2实际为一电容性分压器。为保证静电电荷探头测量系统的特性以及防止静电电荷探头端部与被测表面之间发生静电击穿事故，采用了以下方式对测量系统进行了校验。用一个金属导体代替被测表面，使金属导体带上不同大小的直流电压，将静电电荷探头移动至金属导体表面并确保接触，用静电计测量静电电荷测量系统的输出电压。通过比较在不同直流电压情况下探针输出电压的大小，就可以得到测量系统的实际测量灵敏度以及线性特性。通过该线性特性，可以得到较为准确的电容测量值。如图20所示。
71.此外，为了保证测量的准确性，探针每次位置的准确性需要首先得到保证，故本探针具有一定柔性，其在受力会发生一定的变形，每一次探针接触待检测电容时都多移动一点，保证探针与待检测电容充分接触。
72.本实用新型的清洗模块和螺栓紧固模块通过电容检测模块连接成整体，螺栓紧固模块布置于清洗模块的后侧，且与清洗模块共轴向中心线，所以在清洗模块沿针式绝缘子移动对其进行清洗时，螺栓紧固模块可同时工作对针式绝缘子的螺栓进行紧固操作。电容
塔的电容器安装两根针式绝缘子作为电极，使针式绝缘子和电容器形成带阻电容器，所以先将针式绝缘子清洗和紧固螺栓后进行电容检测。本实用新型具有结构优化的同时具有高维检效率。

技术特征：

1.一种变电站电容塔维检机器人的多功能作业末端，其特征在于：该作业末端包括清洗模块、螺栓紧固模块和电容检测模块，清洗模块为可开合的筒状结构，螺栓紧固模块位于清洗模块的后侧，与清洗模块共轴向中心线布置，电容检测模块分别与清洗模块和螺栓紧固模块连接。2.如权利要求1所述的变电站电容塔维检机器人的多功能作业末端，其特征在于：所述清洗模块包括清洗套筒和驱动装置，清洗套筒包括上固定环和其两侧对称铰接的侧活动环，通过驱动装置使侧活动环相对上固定环的开合。3.如权利要求2所述的变电站电容塔维检机器人的多功能作业末端，其特征在于：所述驱动装置有两套，每套包括伺服电机和微型谐波减速器，微型谐波减速器的刚轮对称安装于所述上固定环的内端两侧，柔轮分别与侧活动环内端固定，侧活动环的外端与上活动环之间通过平面推力轴承连接，伺服电机的输出轴分别与微型谐波减速器的波发生器连接，使侧活动环可相对上固定环开合。4.如权利要求3所述的变电站电容塔维检机器人的多功能作业末端，其特征在于：所述螺栓紧固模块包括驱动装置、柔性传动轴、棘轮机构、内六角套筒和弹性定位组件，棘轮机构连接于柔性传动轴的一端，内六角套筒连接于棘轮机构外端，柔性传动轴的另一端与驱动装置连接，弹性定位组件同轴套于柔性传动轴外，两端分别与内六角套筒和驱动装置的保护壳固定。5.如权利要求4所述的变电站电容塔维检机器人的多功能作业末端，其特征在于：所述驱动装置包括安装与保护壳中的伺服电机、蜗杆和蜗轮，伺服电机连接蜗杆水平布置，蜗轮啮合于蜗杆的上方。6.如权利要求5所述的变电站电容塔维检机器人的多功能作业末端，其特征在于：所述柔性传动轴为三节万向节联轴器，三节万向节联轴器的一端固定于蜗轮的中心孔中，另一端连接棘轮，棘轮的轮轴连接于内六角套筒的内端中心位置。7.如权利要求6所述的变电站电容塔维检机器人的多功能作业末端，其特征在于：所述弹性定位组件包括向心轴承和弹簧，向心轴承连接于所述内六角套筒外，定位弹簧套于所述柔性传动轴外，一端与向心轴承连接，另一端与所述保护壳的内侧连接。8.如权利要求4所述的变电站电容塔维检机器人的多功能作业末端，其特征在于：所述电容检测模块包括静电电荷探针和连接底座，连接底座包括竖直板和其连接的水平框，竖直板垂直固定于所述保护壳的外侧，水平框的外端连接于所述上固定环内端的中间位置，使所述内六角套筒与上固定环共轴向中心线；竖直板上安装有摄像头。

技术总结

本实用新型公开了一种变电站电容塔维检机器人的多功能作业末端，包括清洗模块、螺栓紧固模块和电容检测模块，清洗模块为可开合的筒状结构，螺栓紧固模块位于清洗模块的后侧，与清洗模块共轴向中心线布置，电容检测模块分别与清洗模块和螺栓紧固模块连接。所以在清洗模块沿针式绝缘子移动对其进行清洗时，螺栓紧固模块可同时工作对针式绝缘子的螺栓进行紧固操作。电容塔的电容器安装两根针式绝缘子作为电极，使针式绝缘子和电容器形成带阻电容器，所以先将针式绝缘子清洗和紧固螺栓后进行电容检测。本发明具有结构优化的同时具有高维检效率。检效率。检效率。