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专利号: 2017107147458
申请人: 东北电力大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于电场畸变程度的电缆绝缘故障监测机器人,其特征是:它包括在半圆环状行走承载系统(1),所述半圆环状行走承载系统(1)包括:半圆承载底盘和四个机械臂(12),所述机械臂(12)包括:R/C伺服电机(13)、伺服电机驱动模块(14)、支撑臂(15)、协动臂(16)、转动臂(17)、固定板(18)、啮合卡槽(19)、底板(20)和脚掌(21),脚掌(21)粘接在底板(20)底部,啮合卡槽(19)固定在底板(20)上,固定板(18)与啮合卡槽(19)之间固连,支撑臂(15)与转动臂(17)螺纹连接,协动臂(16)与转动臂(17)螺纹连接,协动臂(16)、转动臂(17)铰接于R/C伺服电机(13)上,四个机械臂(12)的R/C伺服电机(13)、伺服电机驱动模块(14)均活动连接在半圆承载底盘上,半圆承载底盘套入电缆上,左右两部分伺服电机驱动模块(14)分别位于最左侧与最右侧机械臂(12)之间,右侧伺服电机驱动模块(14)位于电场畸变检测系统(3)与GPS定位系统(5)之间,左侧伺服电机驱动模块(14)位于最左侧机械臂(12)中的R/C伺服电机(13)与无线数据传输系统(6)之间;伺服电机驱动模块(14)包括:伺服电机主电路(22)与驱动电路(23),伺服电机主电路(22)包括:断路器QF1、浪涌保护器SA1-SA4、噪音滤波器FLT1、三相弹簧开关K1、继电器KM1、KM2、旁路二极管D1、编码器(24);伺服电机驱动电路(23)包括:位置控制器(25)、速度控制器(26)、电流控制器(27)、PWM(28)、电流信号处理器(29)、编码器信号处理器(30)、A/D转换器(31)、驱动芯片(32);在所述半圆环状行走承载系统(1)上设置的防跌落重心平衡系统(2)、电场畸变探测系统(3)、感温探测系统(4)、GPS定位终端系统(5)、无线数据传输系统(6)、电缆状态监测系统(7)、下位机控制处理系统(8)和电源供电系统(10)以及在地面控制中心设置的上位机监测控制系统(9),所述的防跌落重心平衡系统(2)、电场畸变探测系统(3)、感温探测系统(4)、GPS定位终端系统(5)、电缆状态监测系统(7)均与下位机控制处理系统(8)连接,所述的下位机控制处理系统(8)与无线数据传输系统(6)连接,所述的无线数据传输系统(6)与所述的上位机监测控制系统(9)连接;所述半圆环状行走承载系统(1)的电机驱动模块(14)为R/C伺服电机(13)提供驱动力;所述防跌落重心平衡系统(2)通过其称重式传感器模块(35)测得机器人重心位置,且控制中心电磁铁(37)、左电磁铁(39)、右电磁铁(38)分别得电,使永磁球(36)根据重心偏移的位置向相反方向移动,保持重心平衡;GPS定位终端系统(5)将机器人所在位置发送给地面控制中心的上位机监测控制系统(9),无线数据传输系统(6)将机器人当前所测图像、线路走向、温度、电场强度数据发送到地面控制中心的上位机监测控制系统(9),并接收地面控制中心的上位机监测控制系统(9)发送的命令;所述电场畸变探测系统(3)测得的电场强度信号通过其铅镧锆钛球形探针(44)转换成电压信号,从其信号解调器(48)的数字信号输入下位机控制处理系统(8);所述感温探测系统(4)测得的温度信号通过其热电偶(52)转换为电阻值,从其温度变送电路(53)输出的电流信号输入下位机控制系统(8);电缆状态监测系统(7)的超声波巡线仪(61)的超声波信号存储模块(62)将电缆的走向信息传递给下位机控制处理系统(8),通过下位机控制处理系统(8)输出的控制信号输入电机驱动模块(14),通过电机驱动模块(14)驱动R/C伺服电机(13)控制机器人转向及行走;电缆局部放电通过电晕成像仪(63)的电晕图像存储模块(64)传递给下位机控制处理系统(8);导线电缆外护套的破损程度通过可见光测障成像仪(65)的可见光图像存储模块(66)传递给下位机控制处理系统(8),照明灯(67)在电缆沟内为可见光测障成像仪(65)提供照明。

2.根据权利要求1所述的基于电场畸变程度的电缆绝缘故障监测机器人,其特征是:所述防跌落重心平衡系统(2)用于接收信号,解算并输出实时的位置及重量重心数据,同时向下位机输出相应的位置及重量重心信息,下位机控制电磁铁得电,使永磁球(36)向重心偏移反方向移动,保持重心平衡,防止机器人从电缆上跌落,防跌落重心平衡系统(2)包括:重心平衡动作模块、重心平衡控制模块(34)和称重式传感器模块(35),重心平衡动作模块包括:永磁球(36)、中心电磁铁(37)、右电磁铁(38)、左电磁铁(39)和密闭容腔(40),重心平衡控制模块(34)包括:控制中心电磁铁(37)的电磁继电器KM3、控制右电磁铁(38)的电磁继电器KM4、控制左电磁铁(39)的电磁继电器KM5,称重式传感器模块(35)包括:称重式传感器(41)、传感器数据处理电路(42)、传感器计算芯片,重心平衡动作模块中的密闭容腔(40)焊接于半圆环状行走承载系统(1)中半圆承载底盘的正前方,重心平衡控制模块(34)固定于重心平衡动作模块中的密闭容腔(40)的上方,称重式传感器模块(35)固定于半圆环状行走承载系统(1)中机械臂(12)的脚掌(21)上,重心平衡控制模块(34)、称重式传感器模块(35)与下位机控制处理系统(8)中的单片机(68)电连接。

3.根据权利要求1所述的基于电场畸变程度的电缆绝缘故障监测机器人,其特征是:所述电场畸变探测系统(3)用于探测电缆外护套表面电场畸变程度,根据压电效应的逆效应,通过应变传感器测量电场畸变,包括:铅镧锆钛球形探针(44)、多级信号放大电路(45)、稳压电路(46)、层叠式陶瓷块电场换能器(47)、信号解调器(48),所述层叠式陶瓷块电场换能器(47)由PZT-5A圆片(49)、超导隔层(50)、黄铜端帽(51)构成,铅镧锆钛球形探针(44)、层叠式陶瓷块电场换能器(47)、信号解调器(48)均固定于半圆环状行走承载系统(1)中的半圆承载底盘上,位于最右侧机械臂(12)与右侧伺服电机驱动模块(14)之间,多级信号放大电路(45)与稳压电路(46)模块均通过焊接固定于球形探针(44)下半球体平面上,层叠式陶瓷块电场换能器(47)位于球形探针(44)的左侧,信号解调器(48)位于层叠式电场换能器(47)左侧。

4.根据权利要求1所述的基于电场畸变程度的电缆绝缘故障监测机器人,其特征是:所述感温探测系统(4)用于探测电缆外护套表面温度,包括:热电偶(52)、电流变送电路(53),所述热电偶(52)与电流变送电路(53)均通过电气连接,且二者均通过螺纹连接,固定在半圆环状行走承载系统(1)中的半圆承载底盘上,且感温探测系统(4)中的热电偶(52)与电流变送电路(53)均位于电缆状态监测系统(7)中可见光测障成像仪(65)的可见光图像存储模块(66)左侧。

5.根据权利要求1所述的基于电场畸变程度的电缆绝缘故障监测机器人,其特征是:所述GPS定位终端系统(5)用于确定机器人当前所处的位置并发送给上位机监测控制系统(9),包括:主控处理器(54)和GPS前端应用模块(55),所述主控处理器(54)、GPS前端应用模块(55)均固定于半圆环状行走承载系统(1)中的半圆承载底盘上,且GPS定位终端系统(5)位于电缆状态监测系统(7)中的电晕图像存储模块(64)与半圆环状行走承载系统(1)中右侧伺服电机驱动模块(13)之间,GPS前端应用模块(55)由天线(56)、收发模块(57)两部分组成。

6.根据权利要求1所述的基于电场畸变程度的电缆绝缘故障监测机器人,其特征是:所述无线数据传输系统(6)用于将下位机控制处理系统(8)所处理完的数据通过射频方式传输给上位机监测控制系统(9),并且接收上位机监控系统(9)发送的指令,实现上位机监测控制系统(9)对电缆状态的实时监控,无线数据传输系统(6)固定在半圆环状行走承载系统(1)中的半圆承载底盘上,位于感温探测系统(4)与左侧伺服电机驱动模块(13)之间,无线数据传输系统(6)包括射频天线(58)、数据发送/接收处理模块(59)、无线信号编码器(60),射频天线(58)焊接于无线数据传输系统(6)的前端。

7.根据权利要求1所述的基于电场畸变程度的电缆绝缘故障监测机器人,其特征是:所述电缆状态监测系统(7)用于电缆巡线,检测电缆外护套表面是否发生电晕现象以及外护套表面是否破损,包括:超声波巡线仪(61)、超声波信号存储模块(62)、电晕成像仪(63)、电晕图像存储模块(64),可见光测障成像仪(65)、可见光图像存储模块(66)和照明灯(67),所述超声波巡线仪(61)、超声波信号存储模块(62)与下位机控制系统(8)均固定于半圆环状行走承载系统(1)中的半圆承载底盘凹槽内最高点处,电晕成像仪(63)嵌在半圆环状行走承载系统(1)中的半圆承载底盘右半部分,在60°圆心角处,电晕成像仪(63)的摄像头凸出部分占摄像头体积的三分之一,其电晕图像存储模块(64)与电晕成像仪(63)底座均固定于半圆环状行走承载系统(1)中的半圆承载底盘上,所述可见光测障成像仪(65)嵌在半圆环状行走承载系统(1)中的半圆承载底盘左半部分,在120°圆心角处,可见光测障成像仪(65)的摄像头凸出部分占摄像头体积的三分之一,其可见光图像存储模块(66)与可见光测障成像仪(65)底座均固定于半圆环状行走承载系统(1)中的半圆承载底盘上,可见光测障成像仪(65)摄像头左侧为照明灯(67),在电缆沟内为可见光测障成像仪(65)提供照明。

8.根据权利要求1所述的基于电场畸变程度的电缆绝缘故障监测机器人,其特征是:所述下位机控制系统(8)固定于半圆环状行走承载系统(1)中的半圆承载底盘中圆心角90°处,位于超声波巡线仪(61)的超声波信号存储模块(62)后,下位机控制系统(8)用于接收防跌落重心平衡系统(2)、电场畸变探测系统(3)、感温探测系统(4)、GPS定位终端系统(5)、电缆状态监测系统(7)的数据信息,进行运算处理,同时经无线数据传输系统(6)接收上位机监测控制系统(9)发送的指令进行处理运算,根据指令控制机器人运转、防跌落重心平衡系统(2)、电场畸变探测系统(3)、感温探测系统(4)、GPS定位终端系统(5)、电缆状态监测系统(7)数据传输的通断,包括:单片机(68)、外围电路(69),单片机(68)焊接在外围电路(69)上,外围电路(69)包括:继电器KM6-继电器KM16、二极管VD1-二极管VD11、上拉电阻R1-上拉电阻R11、三极管VT1-三极管VT11、吸收电容C3-吸收电容C11、电阻R13、电容C1、电阻R14、电容C2,继电器KM6与二极管VD1并联,与上拉电阻R1、三极管VT1串联后与单片机(68)的输出端P1连接;继电器KM7与二极管VD2并联,与上拉电阻R2、三极管VT2串联后与单片机(68)的输出端P2连接;继电器KM8与二极管VD3并联,与上拉电阻R3、三极管VT3串联后与单片机68的输出端P3连接;继电器KM9与二极管VD4并联,与上拉电阻R4、三极管VT4串联后与单片机(68)的输出端P4连接;继电器KM10与二极管VD5并联,与上拉电阻R5、三极管VT5串联后与单片机(68)的输出端P5连接;继电器KM11与二极管VD6并联,与上拉电阻R6、三极管VT6串联后与单片机(68)的输出端P6连接;继电器KM12与二极管VD7并联,与上拉电阻R7、三极管VT7串联后与单片机(68)的输出端P7连接;继电器KM13与二极管VD8并联,与上拉电阻R8、三极管VT8串联后与单片机(68)的输出端P8连接;继电器KM14与二极管VD9并联,与上拉电阻R9、三极管VT9串联后与单片机(68)的输出端P9连接;继电器KM15与二极管VD10并联,与上拉电阻R10、三极管VT10串联后与单片机(68)的输出端P10连接;继电器KM16与二极管VD11并联,与上拉电阻R11、三极管VT11串联后与单片机(68)的输出端P11连接;继电器KM6的动合触点K6-1控制伺服电机正转;继电器KM7的动合触点K7-1控制伺服电机反转;继电器KM8的动合触点K8-1控制感温探测系统4;继电器KM9的动合触点K9-1控制电场畸变探测系统(3);继电器KM10的动合触点K10-1控制GPS定位终端系统(5);继电器KM11的动合触点K11-1控制无线数据传输系统(6);继电器KM12的动合触点K12-1控制防跌落重心平衡系统(2);继电器KM13的动合触点K13-1控制超声波巡线仪(61);继电器KM14的动合触点K14-1控制电晕成像仪(63);继电器KM15的动合触点K15-1控制可见光测障成像仪(65);继电器KM16的动合触点K16-1控制电源电量指示模块(75)。

9.根据权利要求1所述的基于电场畸变程度的电缆绝缘故障监测机器人,其特征是:所述上位机监控系统(9)设于地面控制中心,用于实时监测并显示环形机器人当前所在位置处的电缆外护套的电场强度以及温度,同时对机器人的操作状态进行控制,由主控计算机(70)、数据发射/接收器(71)组成。