一种改进的超高压输电线路巡检机器人越障方法

一种改进的超高压输电线路巡检机器人越障方法

赵国威任福龙邵远鹏石营鲁海龙孟阳毕胜

（国网辽宁省电力有限公司检修分公司）

摘要：本文从越障阶段的理论分析出发，研究了技术调整、问题识别和输电线路定位。仿真和实验验证了控制策略和理论分析的正确性。

关键词：特高压输电线路；巡检机器人；障碍；识别；定位中图

前言：近年来，电力公司采用带电作业方式进行超高压输电线路的定期检查和维护。超高压输电线路、高压线路维护的机器人监控是研究的热点。超高压输电线路巡检机器人研究技术的研究始于20世纪80年代，基于早期检测机器人不能跨越塔的壁垒，技术已接近实用阶段，更加成熟。1988日本的东京电力公司开始的研究可以跨越障碍的塔；到目前为止，这种机器人仍在实验阶段，不包括对关键技术的研究。

1、超高压输电线路巡检机器人应用领域

机械系统、电源、定位导航技术、通信技术和线路损伤检测。因此，机器人技术是综合技术结合。移动机器人管道移动机构及相关技术分为两种类型的机构和轮式移动机构，包括管道越障机构：轮臂组合机构、拆分式蛇形机构和仿生臂机构。在文献中，轮式移动机构巡检机器人的运动机构，保证了检测速度。一般来说，检查机器人的障碍物和移动的同时，需要完成各种复合机构的移动和交叉运行形式。在电磁干扰情况下的超高压输电线路巡检机器人，以一定的速度在特高压输电线路上步行爬坡，跨越悬垂线夹、塔和其他障碍物，从而完成高压线和检测任务的检测，数据和图像传送到地面站进行存储和处理。本文首先介绍了巡检机器人，阐述了控制策略根据；移动机器人障碍物识别的情况下，高压线在跨越障碍中是关键问题，本文描述了实现的方法和理论分析；最后，仿真结果验证了该控制策略项目的有效性。

2、检测高压输电线路机器人的结构

超高压输电线路在地面检测机器人的结构。车站作业系统分为机械作业系统和控制系统两个子系统。机器人的机械结构是检测机器人系统的基础，机械结构是制约机械系统发展和应用的主要障碍。机体包括在线机构（轮机构、臂夹紧机构、防坠机构）、辅助机构（空中插头、防护罩和箱体）、车轮机构、臂机构和夹紧机构，由一组两轮机械臂组合式检查机组成。用于控制电源系统、检测和数据传输；以及协助机器人完成行走，避免交叉锤、绝缘子、悬挂夹具和张力塔等障碍物、保护控制电路、隔离电磁干扰。从而确保高压输电线路巡检机器人的安全。

超高压输电线路巡检机器人的系统包括图像传输系统、传感器系统。地面站通过无线通信方式对机器人本体进行远程监控。通过检测超高压传输线和辅助设备在无线传输的方式（独立无线通信系统），在线机器人摄像机上捕获的在线图像，传输到地面站，然后显示和存储。地面工作站是带有IPC的移动控制台，包括LED液晶显示器、数字收音机、PCI数据采集卡、微波接收机。地面站使用无线通信监测机器人的现状，可以远程控制无线监测系统的机器人，机器人和地面监控终端有一套无线图像传输系统，用来传递检查机器人的状态。

2.1机器人的外形

臂机构，每个手臂有3个自由度，机械手夹紧机构具有1个自由度。机器人机械手采用轮式移动机构，以保证检测速度。每只手臂都有伸缩和旋转功能，可以跨越不同形式的障碍线。

当关节变量称为臂，可根据上述方程来确定控制系统。

2.2机器人系统

在线检测机器人控制系统采用分布式专家系统，地面操作人员分析、判断和决策，将复杂的任务分解，从而解决步行巡检机器人操作的问题，同时检测在穿越输电线路及配套设施的过程中的问题，使用分段控制策略来检测数据和信息传输到存储的地面站和处理分析。

根据不同状态检测机器人并且研究机器人的控制策略，采用分阶段方法，实现行走和越障过程的检测工作。该方法降低了软件的复杂度，提高了软件的模块化和功能水平。检测的机器人在线分配状态包括初始状态、线路状态、行走状态、障碍状态和故障状态。状态分为手动越障状态和自主越障。在员工手册指导的障碍遥控方式的条件下，以无线通信方式对机器人输入控制命令，指挥机器人。

3、越障过程

基于自主越障条件的传感器信息模型自主越障方法，读取传感器的信息，该方法输入机器人的约束信息的前一步动作反馈信息，使用生成系统为电机输出，实现对初始状态检测。

3.1、在线状态检测

在初始状态和在线状态检测的自主越障分段控制策略的主要任务是保证巡线机器人完成障碍物检测的初始状态，完成在线行走，是实施超高压输电线路巡检机器人作业的第一步。测试包括检查电源电压和电机，多功能卡、传感器、主控计算机、PC104总线、I/O卡、信号的检测与无线电安全检测等组成。

3.2行走控制

在移动行走时检测机器人的检测线。由工作人员手动判断障碍状态，速度控制方式是地面速度操作指令以步行方式给出的动作，通过连续调节PID控制器实现机器人控制加速度、减速、速度，是单输入单输出过程。如果状态机是自动障碍。控制系统根据离线规划自动发送命令，避免了机器人运动控制障碍。

3.3检测线路

为了保证机器人安全地完成检查高压输电线路的任务，机器人应具有在机塔连续检测能力，应该能够越过障碍物到达输电线路。主要的方法有两种：跨越障碍物障碍状态远程控制；难度传感器信息模型独立控制。

4、自主越障状态控制

对超高压输电线路的障碍检查是关键点。需要在线保持平稳，避免附件线干扰，否则很难完成这样的协商动作。通过适当的控制策略和巧妙的机构越障检测机器人，可以保证直线检测的连续性和平稳性。超高压输电线路的障碍有3大类：导线（接头）、辅助设施、周围环境（树木、建筑物等）。设施包括绝缘子、塔架、悬挂夹具和防震锤。障碍物检测机器人和避障冲击锤多为障碍物塔（即单吊点和双吊点立吊夹）越障。这是困难的地方，需要关键对障碍机制进行控制。轮臂复合机构的巡检机器人，在遇到障碍时，松开手夹紧机构，伸缩的机械手臂只能离线，继续进行身体转动，从而避免交叉臂离线障碍；然后臂定位可以重新鉴定的高压线路，完成一套连续障碍的相互作用。

越障基本动作过程和基本操作过程可见，克服过程中存在3个关键问题：超高压输电线路识别、定位和人体重心平衡调整。解决这3个问题直接影响机器的安全性和性能。

4.1在线识别是障碍物处理的首要问题

辨识精度、灵敏度和准确度直接影响整个过程。激光传感器安装在机器人操作器底部，当激光光斑为障碍物遮挡时，触发信号上升沿取样激光传感器识别，高压线路能保证相关参数的准确性和灵敏度。激光传感器的数字输出的激光传感器范围0~1000mm或者0~180mm，传感器激光光斑直径2mm，超高压输电线径14~18mm。

4.2巡线机器人定位

在实际使用中，离线夹以辅助激光传感器识别线范围，再加上旋转式电位器和电机的编码器，可以将超高压输电线路的重新定位。第2号是离线障碍臂，需要识别和定位高压线路。有两个关键的位置：为解决塔角识别；调整手臂的姿势和各塔压力线姿态识别。沿行走轮平行分布的中心线（定义为FS和BS），并确定电力线的辅助定位。具体实现方法是：手臂旋转180度，本体绕着1号手臂的中心线低速回转，当手臂1的激光传感器中有一个信号触发的时候，记录下旋转电位计（或者电机码盘读数）值α1，停止旋转。根据这时候记录下来的旋转角度值，求解杆塔转角值为：θ=2arctant，θ∈（0，π/2）两个激光传感器连接到ARM1，中心线偏移；R12激光传感器夹持定位中心前回转中心线1臂半径；R22激光传感器手爪定位中心对应1臂的中心线回转半径。当确定塔角方向左或右后，然后你可以调整离线夹持，对在线工作进行准确定位。

5、结束语

本文所介绍的超高压输电线路巡检机器人越障方法在实际中证明了可以使用，希望为人们提供参考。

参考文献：

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