一种变压器内检机器人的定位方法与流程

1.本公开属于变压器领域，具体涉及一种变压器内检机器人的定位方法。


背景技术：

2.大型油浸式电力变压器是电网的核心装备，容量大，价值高，结构复杂，是变电运行中关注的重点。当变压器出现异常时，往往需要停电后对内部缺陷进行检测和定位，才能确认故障类型，进而确定检修方案。由于变压器油箱是封闭的，无法直接观察到内部的情况，内部检查时往往需要排油，再由专业技术人员穿戴连体作业服，从人孔爬进设备箱体内寻找设备内部的故障点，容易对设备造成二次危害并且内检人员的人身安全不能得到保障。
3.近些年随着工业技术的迅速发展，机器人在各领域的应用越来越广泛，目前，机器人技术已应用于电力系统的各个环节。采用机器人代替人工开展变压器内部检测，能够大大提升现场工作效率，提高工作质量，降低工作风险。但是，目前用于变压器内部检测的机器人存在以下问题：1、机器人体积过大，需从套管底部的手孔进入，仅适用于特定型号的变压器；2、带油变压器内部环境复杂，无法实现机器人的精确定位，在机器人故障情况下回收困难，易对变压器造成二次伤害。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种变压器内检机器人的定位方法，该方法能够有效、准确地实时对内检机器人进行定位。
5.为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
6.一种变压器内检机器人的定位方法，包括如下步骤：
7.s100：在待检变压器外布至少置n个声源信标，并测量每个信标的精确位置；
8.s200：对所有声源信标的时钟进行同步，并对所有声源信标的信号发射时间t和编号进行编码，获得特征编码信号；
9.s300：将变压器内检机器人的时钟与所有声源信标的时钟同步；
10.s400：内检机器人接收所有声源信标的特征编码信号并记录信号接收时间t；
11.s500：内检机器人对特征编码信号进行解码，获得所有声源信标的信号发射时间t和编号；
12.s600：根据所述信号接收时间t和信号发射时间t计算内检机器人与所有声源信标之间的距离d；
13.s700：根据内检机器人与所有声源信标之间的距离d对内检机器人进行定位。
14.优选的，n为4。
15.优选的，步骤s200中，利用差分曼切斯特码对所有声源信标的信号发射时间t和编号进行编码。
16.优选的，步骤s600中，所述距离d的计算公式为：
17.d＝δt*v
18.δt＝t-t
19.其中，δt表示信号接收时间t和信号发射时间t的时间差，v表示声信号在变压器油中的传播速度，为已知。
20.优选的，步骤s700中，利用球定位法对内检机器人进行定位。
21.本公开还提供一种变压器内检机器人定位装置，包括：
22.至少n个外部声源信标和内检机器人；
23.所述至少n个外部声源信标安装于变压器外壳的至少n个不同平面上的n个已知位置；
24.所述内检机器人用于根据所述至少n个外部声源信标发送的声音信号对自身进行定位。
25.优选的，所述内检机器人包括：本体舱,本体舱内设置有传感器和主控板。
26.优选的，所述本体舱内还设置有wifi模组。
27.优选的，所述内检机器人包括还设置有推进器。
28.优选的，所述推进器为5个。
29.与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：
30.1、通过设置多个声源信标对内检机器人进行定位；
31.2、对信号进行差分曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码技术具有自带时钟信号、传输速率更高、抗干扰能力更强等优点，而且改进了曼彻斯特编码在干扰严重的情况很容易发生极性丢失的情况，提高了变压器内检机器人导航定位的准确性。
附图说明
32.图1是本公开一个实施例提供的一种变压器内检机器人的定位方法流程图；
33.图2是本公开另一个实施例提供的变压器外布置声源信标的示意图；
34.图3是本公开另一个实施例提供的球定位法的示意图。
具体实施方式
35.下面将参照附图1至图3详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
36.需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本公开的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本公开的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
37.为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解
释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。
38.一个实施例中，如图1所示，本公开提供一种变压器内检机器人的定位方法，包括如下步骤：
39.s100：在待检变压器外布置至少n个声源信标，并测量每个信标的精确位置；
40.s200：对所有声源信标的时钟进行同步，并对所有声源信标的信号发射时间t和编号进行编码，获得特征编码信号；
41.s300：将置于变压器内的内检机器人的时钟与所有声源信标的时钟同步；
42.s400：内检机器人接收所有声源信标的特征编码信号并记录信号接收时间t；
43.s600：内检机器人对特征编码信号进行解码，获得所有声源信标的信号发射时间t和编号；
44.s700：根据所述信号接收时间t和信号发射时间t计算内检机器人与所有声源信标之间的距离d；
45.s800：根据内检机器人与所有声源信标之间的距离d对内检机器人进行定位。
46.另一个实施例中，步骤s200中，利用差分曼切斯特码对所有声源信标的信号发射时间和编号进行编码。
47.本实施例中，利用差分曼切斯特码对信号发射时间t的编码规则如表1所示：
48.表1
49.差分曼彻斯特码实际信号00000000110010200113010040101501106011171000810019
50.信号发射时间t的组成结构为**：***，其中，每一个*号代表一个阿拉伯数字，例如t为00：236，表示0分0.236秒，用表1所示的编码规则编码后表示为：00000000001000110110。
51.利用差分曼切斯特码对所有声源信标编号的编码规则如表2所示：
52.表2
53.差分曼彻斯特码实际信号00a01b10c11d
54.表2中，假设变压器外布置4个声源信标，编号依次记为a、b、c、d，则编号a用差分曼
彻斯特码编码后表示为：00；则编号b用差分曼彻斯特码编码后表示为：01；则编号c用差分曼彻斯特码编码后表示为：10；则编号d用差分曼彻斯特码编码后表示为：11。
55.另一个实施例中，步骤s600中，所述距离d的计算公式为：
56.d＝δt*v
57.δt＝t-t
58.其中，δt表示信号接收时间t和信号发射时间t的时间差，v表示声信号在变压器油中的传播速度，为已知。
59.本实施例中，由于对所有声源信标的时钟进行了同步，因此所有声源信标的信号发射时间t相等，但是，由于内检机器人距离每个声源信标的距离不等，因此，信号接收时间t不相同，其中，与声源信标a相对应的信号接收时间设定为t1，与声源信标b相对应的信号接收时间设定为t2，与声源信标c相对应的信号接收时间设定为t3，与声源信标d相对应的信号接收时间设定为t4，则
60.内检机器人与声源信标a之间的距离记为d1，
61.d1＝δt1*v
62.δt1＝t
1-t
63.内检机器人与声源信标b之间的距离记为d2，
64.d2＝δt2*v
65.δt2＝t
2-t
66.内检机器人与声源信标c之间的距离记为d3，
67.d3＝δt3*v
68.δt3＝t
3-t
69.内检机器人与声源信标d之间的距离记为d4，
70.d4＝δt4*v
71.δt4＝t
4-t
72.通过上式，即可求出内检机器人与4个声源信标之间的距离。
73.示例性的，假设δt1为2.503ms，δt2为5.651ms，δt3为2.286ms，δt4为5.559ms，且v＝1390m/s，则由上式可得：d1＝3479.2mm，d2＝7854.9mm，d3＝3177.5mm，d4＝7727.0mm。
74.另一个实施例中，步骤s700中，如图3所示，利用球定位法对内检机器人进行定位。
75.通过上个实施例计算得到了内检机器人与每个声源信标之间的距离d1、d2、d3、d4，则d1、d2、d3、d4还可表示为：
[0076][0077]
其中，(x1,y1,z1)表示声源信标a的坐标，(x2,y2,z2)表示声源信标b的坐标，(x3,y3,z3)表示声源信标c的坐标，(x4,y4,z4)表示声源信标d的坐标，(x,y,z)表示内检机器人的坐标。
[0078]
由(1)式整理得：
[0079][0080]
将(2)式写成矩阵相乘的形式：
[0081]a·
i＝b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0082]
其中，
[0083][0084][0085]
i＝[x y z]
t
ꢀꢀ
(6)
[0086]
求解出矩阵i，即可得到变压器内检机器人的三维坐标(x,y,z)。
[0087]
示例性的，如图2所示，假设变压器外布置有a、b、c、d四个声源信标(由(1)式可知，要求出x、y、z 3个未知量，最少需要列出4个方程，因此，声源至少应该布置4个，越多则定位越准确)，其中，a的坐标测量得(-2000，-4000，5000)，b的坐标测量得(2000，4000，5000)，c的坐标测量得(2000，-4000，0)，d的坐标测量得(-2000，4000，0)，坐标单位均为mm。
[0088]
下面，为了验证本公开所述方法的可行性，本公开使用matlab软件对定位原理进行了仿真，具体的，将a、b、c、d四个声源信标的坐标代入(4)式，可得：
[0089]
矩阵
[0090]
结合上一实施例计算获得的距离d1、d2、d3、d4，由(5)式可得：
[0091]
矩阵
[0092]
将矩阵a和b代入(3)式，可得内检机器人仿真后的三维坐标为(0.9531，-3100.1，2300)，而内检机器人的实际坐标为(0，-3100，2300)，定位误差不超过1mm。
[0093]
另一个实施例中，本公开还提供一种变压器内检机器人定位装置，包括：
[0094]
至少n个外部声源信标和内检机器人，
[0095]
所述至少n个外部声源信标安装于变压器外壳的至少n个不同平面上的n个已知位置；
[0096]
所述内检机器人用于根据所述至少n个外部声源信标发送的声音信号对自身进行定位。
[0097]
另一个实施例中，所述内检机器人包括：本体舱,本体舱内设置有传感器和主控板。
[0098]
本实施例中，主控板主要由集成了主控芯片的核心板和扩展了外设接口的底板构成。主控板具体选用海思hi3519av100方案，具有强大的多媒体功能和丰富的外设接口。
[0099]
传感器用于接收声源信标发送的特征编码信号并传输至主控板进行解码。
[0100]
另一个实施例中，所述本体舱内还设置有wifi模组。
[0101]
本实施例中，wifi模组选用vm5g模块，主控板将解码信息由wifi模组发送至外部上位机，以计算内检机器人和所有声源信标之间的距离实现内检机器人定位。
[0102]
此外，本体舱内还设置有摄像头模组、电池模组和照明灯。
[0103]
另一个实施例中，所述内检机器人包括还设置有推进器。
[0104]
本实施例中，由于内检机器人在变压器中需要进行水平、垂直和转向运动，因此需要推进器可以产生任意水平方向、垂直方向和绕垂直方向的推力；在水平面上呈三角形布置3个推进器，以产生任意水平方向和绕垂直方向的推力，在垂直方向左右对称布置2个推进器，以产生垂直方向的推力。
[0105]
上述对本技术中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本技术的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本技术保护范围之内的其它的技术方案。