一种具有空间电场测量功能的高空作业车及其控制方法-尊龙凯时官方app下载

文档序号:36400423发布日期:2023-12-16 02:57阅读:9来源:国知局
一种具有空间电场测量功能的高空作业车及其控制方法

1.本发明涉及空间电场测量技术领域,具体来说涉及一种具有空间电场测量功能的高空作业车及其控制方法



背景技术:

2.随着经济的发展,电网系统用电量的日益增大,电网系统安全

稳点的运行显得尤为重要
。10kv
配电网是我国城乡居民以及小型工厂主要的供电网络,除城市中心区域采取地下电缆之外,其他区域通常采用架空线路供电方式

作为供电网络的最末端,
10kv
配电网具有网架结构及周边环境复杂的特点

由于交叉分支较多,故障频发,使得线路下的电磁环境极为复杂,运维工作量大

为了减少对用户的影响,针对配电网的故障检修,通常采用带电检修作业方式,带电作业是电力行业的一项重要技术,对工作人员操作安全性要求高

触电风险高,劳动强度大,因此也经常会在检修的过程中发生检修人员触电事故,大部分是因为人体距离带电体太近,进入电场集中区域,空气被电场击穿放电所致

因此采用空间电场测量功能的高空作业车斗进行电场阈值比较是一项理想的技术尊龙凯时官方app下载的解决方案

但现有的高空作业车应对带电作业时,不能准确以及及时的判断出作业空间的电场情况,不能对操作人员进行有效的保护,容易造成安全事故



技术实现要素:

3.本发明提供了一种具有空间电场测量功能的高空作业车及其控制方法,以解决现有技术中的高空作业车斗难以精确测量作业人员周围空间电场,同时不能自动比较作业车斗与带电体安全距离的问题

4.为了解决上述技术问题,本发明一方面提供了一种具有空间电场测量功能的高空作业车,包括:
5.高空作业车斗,与机械斗臂相连,两者形成整体为电场传感器的结构,用以测量整个作业空间区域的电场强度;
6.机械斗臂,由至少两节机械臂连接而成,靠近机械臂的连接关节处安装有倾角传感器,用于测量每节机械臂的倾角,并与电场传感器结合确定安全作业范围;
7.电驱动装置,安装于机械斗臂内,用于接收机械斗臂控制器的指令,驱动机械斗臂动作;
8.机械斗臂控制器,通过预警传感器接收电场传感器

倾角传感器的信号,对机械斗臂进行控制;具体包括预警自锁模块
、led
显示屏

启停控制模块

误操作锁定模块

9.作为优选的,所述电驱动装置与外部的机械斗臂之间设有由聚四氟乙烯制成的绝缘层

10.作为优选的,所述高空作业车斗上分别设有
yz
面电场传感器
、xz
面电场传感器
、xy
面电场传感器,机械斗臂所有面设有电场传感器,增大高空作业车的电场探测面积

11.作为优选的,所述电驱动装置安装于机械斗臂的底座中或者高空作业车斗内

12.作为优选的,所述倾角传感器包括加速度计和陀螺仪,加速度计测量机械臂在
x、y、z
平面内的加速度大小和方向,从而确定机械臂在空间中的位置;陀螺仪采用水平悬挂式置于机械臂内,通过测量机械臂在空间中绕
x、y、z
坐标轴的旋转角速度,确定其倾角

13.作为优选的,所述预警传感器包含接收电路

发射电路和通信系统,接收电路连接电场传感器,发射电路和通信系统连接机械斗臂控制器

14.作为优选的,所述接收电路由第一
pcb
天线和第一三极管制成,用于接收电场传感器输出的近距离高频无线信号,并置于工作车斗内;
15.发射电路和通信系统由第二
pcb
天线和第二三极管制成,用于输出所述接收电路输入的高频无线信号

16.本发明另一方面还提供了一种高空作业车的控制方法,包括如下步骤:
17.s1
在无人情况下,高空作业车先探测出整个作业空间区域
18.机械斗臂开始运动,电场传感器同步测量高空作业车斗在不同位置处的电场强度,通过机械斗臂控制器将电场强度在安全阈值范围内时,高空作业车斗所处的位置进行记录,综合所有符合条件的位置坐标绘制成安全作业范围,显示于
led
显示屏上;
19.s2
高空作业人员进入高空作业车斗,开始带电检修操作
20.地面操作人员操控机械斗臂的运动,将高空作业车斗中的高空作业人员移动至工作点,当高空作业车斗进入安全作业范围外,预警传感器发出警报,预警自锁模块启动,地面操作人员只能将机械斗臂向低电场方向移动,若出现错误操作向高电场区域移动,误操作锁定模块启动,机械斗臂自动锁定,地面操作人员此时无法进行操作,启停控制模块操纵机械斗臂沿原路径返回,返回后警报解除;
21.s3
高空操作完成后,将高空作业车斗降至低位

22.作为优选的,所述
s1
中高空作业车斗所处的位置根据倾角传感器的测量值计算得出,具体过程如下:
23.(1)
从下往上开始,计算第一机械臂的位置变化
24.x1(t)

x0 v
x
t
25.y1(t)

y0 vyt
26.z1(t)

z0 vzt
27.式中:
x0,
y0,
z0为第一机械臂靠近连接关节处在空间坐标中的初始位置;
vx
为第一机械臂在空间中左右运动速度,
vy
为第一机械臂在空间中前后运动速度,
vz
为第一机械臂在空间中上下运动速度;
t
为时间;
x1(t)
为第一机械臂在
t
时刻空间中
x
轴方向上的位置;
y1(t)
为第一机械臂在
t
时刻空间中y轴方向上的位置;
z1(t)
为第一机械臂在
t
时刻空间中z轴方向上的位置;
28.(2)
根据第一机械臂的位置,计算第二机械臂的位置
29.设
a(t)
为第一机械臂与水平方向的夹角,
b(t)
为第二机械臂与水平方向的夹角,
l1、l2分别为第一机械臂

第二机械臂的长度,可以得出
30.x2(t)

l1cos(a(t)) l2cos(b(t))
31.y2(t)

l
1 cos(a(t)) l2cos(b(t))
32.z2(t)

l1sin(a(t)) l2sin(b(t))
33.当机械臂沿z轴方向升起时:
[0034][0035][0036]
式中:
l1=
l
12

l2=
l
22
;k=
x1(t)2 y1(t)2 z2(t)2;
[0037]
根据上式计算得出机械臂运动时的对应位置

[0038]
有益效果:
[0039]
1、
该发明将电场传感器与临电预警绝缘臂升降车技术相结合,虽然其与传统升降车工作原理相同,但由于目前临电预警绝缘臂升降车都是在斗臂或工作车斗安装传感器,无法在斗臂所有面都加传感器,即存在靠近传感器一侧电场测量准确,另一侧受斗臂影响,电场测量不准确的情况

本发明采用整个斗臂都是传感器的设计,使得整个探测
x、y、z
平面探测面积增大的同时,传感器本身不受斗臂影响,可以获得更准确的探测效果

[0040]
2、
本发明采用预警传感器与机械斗臂控制器联动,设置误操作锁定模块和预警锁定模块,预警传感器发出预警后,斗机械臂预警锁定模块启动,地面操作人员只能将机械斗臂向低电场方向移动,若出现错误操作向高电场区域移动,机械斗臂误操作锁定模块启动,机械斗臂自动锁定,只能沿原路径返回,防止了错误操作带来的风险

[0041]
3、
该发明提出的倾角传感器与斗臂结合可以在无人的情况先行自动探测出整个作业空间区域,在无人的情况先行探测出整个作业空间区域的电场强度,并在机械斗臂控制器上自动绘制出安全作业范围,作为工作人员进入作业区域的范围参考,防止意外发生

附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其他的附图

[0043]
图1为本发明实施例提供的一种具有空间电场测量功能的高空作业车结构示意图;
[0044]
图2为本发明实施例提供的电场传感高空作业车斗结构示意图;
[0045]
图3为本发明实施例提供的机械斗臂控制器结构示意图;
[0046]
图4为本发明实施例提供的利用高空作业车进行高空电力检修示意图

[0047]
图5为本发明实施例提供的高空作业车工作原理图;
[0048]

1-5
中,具体符号表示为:
[0049]
11-高空作业车斗;
12-机械斗臂;
13-倾角传感器;
14-电驱动装置;
15
机械斗臂控制器;
21-yz
面电场传感器;
22-xz
面电场传感器;
23-xy
面轴电场传感器;
31-预警自锁模块;
32-led
显示器;
33-启停控制器;
34-误操作自锁模块

具体实施方式
[0050]
为了使本发明的目的

技术方案及优点更加清楚明白
,
以下结合附图及实施例
,

本发明进行进一步详细说明

应当理解
,
此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明

此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合

[0051]
参见图1,本发明实施例提供的一种具有空间电场测量功能的高空作业车,包括:
[0052]
高空作业车斗
11
,与机械斗臂
12
相连,两者形成整体为电场传感器的结构,用以测量整个作业空间区域的电场强度;
[0053]
机械斗臂
12
,由至少两节机械臂连接而成,靠近机械臂的连接关节处安装有倾角传感器
13
,用于测量每节机械臂的倾角,并与电场传感器结合确定安全作业范围;机械斗臂
12
由玻璃钢连接而成;机械臂关节个数根据与实际空间电场测量高空作业车斗延伸高度及作业线路电压等级相关,无固定关节数目

[0054]
电驱动装置
14
,安装于机械斗臂
12
内,用于接收机械斗臂控制器
15
的指令,驱动机械斗臂
12
动作;根据需求降低耦合力作用及机械臂整体重心,提高机械臂关节负载能力,电驱动装置
14
还可安装于机械斗臂
12
的底座中或者高空作业车斗
11


[0055]
机械斗臂控制器
15
,通过预警传感器接收电场传感器

倾角传感器
13
的信号,对机械斗臂
12
进行控制;具体包括预警自锁模块
31、led
显示屏
32、
启停控制模块
33、
误操作锁定模块
34。
其中误操作锁定模块和预警自锁模块优先级高于启停控制模块,以避免误操作和超出预警范围造成风险

[0056]
所述电驱动装置
14
与外部的机械斗臂
12
之间设有由聚四氟乙烯制成的绝缘层

以避免电驱动装置对外部电场传感机械臂形成干扰,同时适用于高温

高压

强化学腐蚀性环境

[0057]
所述倾角传感器
13
包括加速度计和陀螺仪,加速度计测量机械臂在
x、y、z
平面内的加速度大小和方向,从而确定机械臂在空间中的位置;陀螺仪采用水平悬挂式置于机械臂内,通过测量机械臂在空间中绕
x、y、z
坐标轴的旋转角速度,确定其倾角

[0058]
所述预警传感器包含接收电路

发射电路和通信系统,接收电路连接电场传感器,发射电路和通信系统连接机械斗臂控制器
15。
[0059]
所述接收电路由第一
pcb
天线和第一三极管制成,用于接收电场传感器输出的近距离高频无线信号,并置于工作车斗内;发射电路和通信系统由第二
pcb
天线和第二三极管制成,用于输出所述接收电路输入的高频无线信号

[0060]
如图2所示,所述高空作业车斗
11
上分别设有
yz
面电场传感器
21、xz
面电场传感器
22、xy
面电场传感器
23
,机械斗臂
12
所有面设有电场传感器,增大高空作业车的电场探测面积
。xy
面电场传感器
23
的测量范围不能刚好与作业车斗底部持平,但应超过作业人员的身高,留有一定的裕度

电场传感机械臂及车斗采用整体为电场传感器设计方式,使得整个探测
x、y、z
平面探测面积增大的同时,传感器本身不受斗臂干扰影响

[0061]
如图3所示,在机械斗臂控制器
15
结构示意图中,
led
显示装置可设置在机械斗臂控制器
15
上,但不仅限于机械斗臂控制器上,根据具体需求设立在作业车斗

[0062]
如图
4-5
所示,由于人体的相对介电常数远高于空气的相对介电常数,当人体进入高电场作业区域时,会引起空间电场畸变并在人体出现电场集中区域,导致人体周围的电场强度增加,造成空气击穿放电

所以在高空作业前应该先通过倾角传感器
13
与电场传感器检测得到
x、y、z
方向上对应其空间坐标的电场值,在无人的情况先行探测出整个作业空
间区域的电场强度,并在机械斗臂控制器
15
上自动绘制出安全作业范围,作为工作人员进入作业区域的范围参考,防止意外发生

具体的操作方法如下:
[0063]
s1
在无人情况下,高空作业车先探测出整个作业空间区域
[0064]
机械斗臂
12
开始运动,电场传感器同步测量高空作业车斗
11
在不同位置处的电场强度,通过机械斗臂控制器
15
将电场强度在安全阈值范围内时,高空作业车斗
11
所处的位置进行记录,综合所有符合条件的位置坐标绘制成安全作业范围,显示于
led
显示屏
32
上;
[0065]
s2
高空作业人员进入高空作业车斗
11
,开始带电检修操作
[0066]
地面操作人员操控机械斗臂
12
的运动,将高空作业车斗
11
中的高空作业人员移动至工作点,当高空作业车斗
11
进入安全作业范围外,预警传感器发出警报,预警自锁模块
31
启动,地面操作人员只能将机械斗臂
12
向低电场方向移动,若出现错误操作向高电场区域移动,误操作锁定模块
34
启动,机械斗臂
12
自动锁定,地面操作人员此时无法进行操作,启停控制模块
33
操纵机械斗臂
12
沿原路径返回;
[0067]
s3
高空操作完成后,将高空作业车斗
11
降至低位

[0068]
其中,电场传感器应满足以下技术要求:
[0069]e=
hu
[0070]
电场传感器的检测电压和感应电场是呈正比例关系,通过检测电压乘一个校正系数可得到检测电场强度

[0071]
式中:u为电场传感器的检测电压;h为电场校正系数;e为电场传感器检测的电场强度

[0072]
进一步的,设u为电场传感器的输入电压,
uc
为电场传感器的感应电压,
ω
为电容角频率,c为固有电容,cn
为匹配电容,
r1
为输入电阻,可以得出电场传感器等效电路内部的关系:
[0073][0074]
即:
[0075][0076]
设u的初相角为则感应电压可表示为:
[0077][0078]
进一步的,可以得到输入电压有效值
um
与感应电压有效值
ucm
,电场有效:值
em
的关系
[0079][0080]
[0081]
电场传感器的固有电容为:
[0082][0083]
可得:
[0084][0085]em

hum[0086][0087]
式中:h为电场校正系数,
ε
为相对介电常数,s为电场传感器两极板正对面积

[0088]
其中,高空作业车斗
11
所处的位置根据倾角传感器
13
的测量值计算得出,具体过程如下:
[0089]
(1)
从下往上开始,计算第一机械臂的位置变化
[0090]
x1(t)

x0 v
x
t
[0091]
y1(t)

y0 vyt
[0092]
z1(t)

z0 vzt
[0093]
式中:
x0,
y0,
z0为第一机械臂靠近连接关节处在空间坐标中的初始位置;
vx
为第一机械臂在空间中左右运动速度,
vy
为第一机械臂在空间中前后运动速度,
vz
为第一机械臂在空间中上下运动速度;
t
为时间;
x1(t)
为第一机械臂在
t
时刻空间中
x
轴方向上的位置;
y1(t)
为第一机械臂在
t
时刻空间中y轴方向上的位置;
z1(t)
为第一机械臂在
t
时刻空间中z轴方向上的位置;
[0094]
(2)
根据第一机械臂的位置,计算第二机械臂的位置
[0095]

a(t)
为第一机械臂与水平方向的夹角,
b(t)
为第二机械臂与水平方向的夹角,
l1、l2分别为第一机械臂

第二机械臂的长度,可以得出
[0096]
x2(t)

l
1 cos(a(t)) l
2 cos(b(t))
[0097]
y2(t)

l
1 cos(a(t)) l
2 cos(b(t))
[0098]
z2(t)

l
1 sin(a(t)) l
2 sin(b(t))
[0099]
当机械臂沿z轴方向升起时:
[0100][0101][0102]
式中:
l1=
l
12

l2=
l
22
;k=
x1(t)2 y1(t)2 z2(t)2;
[0103]
在本实施例中,设有两节机械臂,式中:
l1=
l
12

l2=
l
22
;k=
x1(t)2 y1(t)2 z1(t)2;k=
√k
[0104]
设初始
x1(t)

3m,y1(t)

3m,z1(t)

4m,l1=
5m,l2=
4m
[0105]

a(t)

39.099
°

b(t)

12.218
°
[0106]
可得
x2(t)

7.79m

y2(t)

7.79m

z2(t)

7.99m。
[0107]
在另一实施例中,机械斗臂如包含更多数量的机械臂,其计算公式与上述相同,设不同关节机械臂与水平方向夹角为
c(t)、d(t)
……
;设不同关节机械臂长度为
l3、l4……
;采用公式递推法即可得到机械臂在
t
时刻空间中
x、y、z
轴方向上的位置,用于确定下述无人情况的作业范围

[0108]
当然
,
本实施例提供的一种具有空间电场测量功能的高空作业车斗及其安全控制方法还可以应用于其它的高空探测作业领域
,
在此不再赘述

[0109]
需要说明的是
,
在本文中
,
诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来
,
而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序

而且
,
术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含
,
从而使得包括一系列要素的过程

方法

物品或者设备不仅包括那些要素
,
而且还包括没有明确列出的其他要素
,
或者是还包括为这种过程

方法

物品或者设备所固有的要素

在没有更多限制的情况下
,
由语句“包括一个
......”限定的要素
,
并不排除在包括所述要素的过程

方法

物品或者设备中还存在另外的相同要素

[0110]
以上所述仅是本发明的具体实施方式
,
使本领域技术人员能够理解或实现本发明

对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的
,
本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下
,
在其它实施例中实现

因此
,
本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例
,
而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围

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