关于高压线路巡线机器人的研究设计

关于高压线路巡线机器人的研究设计

赵兵

上海电力公司青浦分公司 上海 201700

摘要：高压输电线路是电力系统的重要设施，然而，长 期裸露的金属导线在外界环境下，避免不了持续的 机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、 磨损、腐蚀等损伤，如不及时发现和消除，就会造成 损伤扩大，造成巨大损失。为了保证输电线路安全、 稳定地运行，需要对输电线路进行定期巡检。

关键词：高压线路；巡线机器人

1巡线机器人越障机械臂研究

巡线机器人行车移动机构先取移动模式为轮式移动。轮式爬行机构原理是电机驱动轮同管线相互的摩擦力来作为机器人行走的动力。轮式爬行机构的特点是行走速度快并且平稳，能够完成移动平台上线路探测仪器要求的任务。靠此优势巡检机器人普遍选用轮式爬行机构形式，另一类目前流行机构就是越障机构。由于机器人都是悬挂施工，而且在整个施工过程中要确保其姿态的稳定性，同时还要与导线和线塔技术部件之间保持足够的安全距离，因此这个设计难度是非常大的。

2巡检机器人总体设计

在众多工业领域中，机械结构是所有的基础，一个优质的机械结构不仅可以简化控制，还可以使机器稳定高效运行。为了保证机器人实现在高压输电线路上的灵活越障，对机器人的重心问题需要着重考虑，尤其是在行走和越障过程中。为了解决这些问题，应设计出合理的机械结构，针对巡检方面的要求，现提出对巡检机器人机械方面的设计要求。１）能在输电线上以一定的速度平稳运行，无冲击。２）具有一定的爬坡能力，在上下坡路段保证不打滑。３）能较灵活和稳定地跨越输电线上的各种障碍物和完成转弯任务，包括防震锤、悬垂线夹、跳线线夹、绝缘子和杆塔等。 ４）结构小巧紧凑，且应保证预留足够的检测仪 器安装空间和越障时机构与其它物体的安全间距。 ５）具有刹车制动功能，当发生故障或遇到恶劣 天气时，机器人能可靠自锁，以免从输电线上摔落。 ６）机构的自由度尽量精简，过多的自由度会导 致控制困难，而且电动机数量的减少，可有效降低成 本和重量。

3机器人远程控制技术

研究利用机器人搭载小型微波通信宽带连GPRS/CDMA/4G网络，实现远程计算机通信对接。研究基于多种通信方式（4G、专网）的组网方案，提高通信链路抗干扰能力，提升通信传输可靠性。具有多重在线保持和心跳保持判断网络的连通状态，具有独特的网络掉线通知下位机功能，保证在网络故障和网络自我快速修复过程，更具有多中心服务器备份功能。GPS定位信息随时精准传输到后台监控双服务平台，让无线远程控制更稳定、安全。

4机器人的定位功能

机器人智能技术在巡查工作中对整个线路进行定位时， 它主要是依靠自身的云台装置进行定位，由于机器人智能技 术的发展还不具有完善性和智能性，要机器人自身对线路进 行定位在科学技术上还存在一定困难。而机器人在工作中所 拥有的线路巡查定位功能，主要是通过程序人员在机器人设 计时安装了编码器和传感器来获取定位信息分析，借此实现 巡查定位的效果。

5机器人的越障功能

越障功能也是智能机器人的运动技能，在线路巡查工作 中对越障技能设计，根据工作特点设计了机器人的杆塔越障 和直线段。机器人在面临一些坡状的地形时，最容易出现滚动 打滑的现象，这时机器人的程序设计中需要对自身所处的环 境进行分析再选择不同的运行方式，面对这样的运动特点机 器人需要对自身所处的环境进行精确判断，才能实现自身运 动工程的可控性。机器人能在不同工作地形条件进行运动，这 样才能保证整个巡查工作的顺利进行。

5机器人微波自组网

强电磁环境干扰会对通信可靠性造成影响，机器人搭载小型微波通信宽带连 GPRS/CDMA/4G 网络，实现远程计算机通信对接。研究基于多种通信方式（4G、专网）的组网方案，提高通信链路抗干扰能力和提升通信传输可靠性。具有多重在线保持和心跳保持判断网络的连通状态，具有独特的网络掉线通知下位机功能，保证在网络故障和网络自我快速修复过程，更具有多中心服务器备份功能。GPS 定位信息随时精准传输到后台监控双服务平台。让无线远程控制更稳定、安全。针对输电线路长距离通信链路，项目拟采用微波宽带，直接接入 4G 移动通信网络。抗干扰通信技术电磁兼容性问题是无线传感技术在变电站应用的关键技术问题，其包含两个方面的含义，即设备或系统产生的电磁发射，不致影响其他设备或系统的功能，而本设备或系统的抗干扰能力，又足以使本设备或系统的功能不受其他干扰的影响，涉及的关键技术选型如下：（1）发射功率选择。微波射频设备发射功率选择原则为满足电磁兼容性要求，并在满足可靠通信条件下尽可能选用低发射功率。（2）频率选择。5.8GHz 微波通信可以提供稳定可靠的通信，可广泛应用于各种电压等级的输电线路。

6机械臂驱动方式

（1）液压式。液压驱动机械臂其主要的组成部分 就是液动机及伺服阀和油泵、油箱等几个主要的驱动系 统，而且其主要是驱动机械臂的执行机构来开展工作， 一般情况下其抓举能力能够达到几百公斤以上，而且具 有结构紧凑、动作稳定、耐冲击和防爆性能优良的特点， 但是这对其液压元件提出了很高的要求，不仅要求其制 造工艺比较精确，而且同时密封性也要相对优良，从而 避免出现漏油污染环境的问题。 （2）气动式。系统主要由气缸、气阀、气罐和空压 机这几部分组成，表现为气源方便、动作迅速、结构简单、 造价较低、维修方便等诸多优势特征。缺点为移动速度 不易掌控，要求气压值符合规定，工作效率相对较低。 （3）电动式。电力驱动为机械臂工作当中最普遍 采用的驱动形式。优势为电源广泛、运行灵活、驱动强劲、 信号传递、处理及检测便捷，具有灵活可靠的控制方案。 驱动电机工作模式中步进电机、直流伺服电机及交流伺 服电机使用较多。当电机速度过高时也会加装减速机构， 通常机械臂装速会选用无减速机构的大转矩、低转速的 电机进行直接驱动（DD），具备机构简化的特点，还 能有效提高控制精度。

7巡线机器人的驱动方式

小车的驱动形式是指电机的布置方式以及驱动轮的数量和位置的形式。根据驱动形式小车有前驱小车和后驱小车，根据驱动轮的数量有两轮驱动和四轮驱动。前轮驱动方式是电机驱动前轮作为动力轮的一种驱动方式，具有：结构紧凑、转向性能较好，前轮制动性能得到改善等诸多优点。后轮驱动方式是以后轮作为动力轮的一种驱动方式，前轮没有动力，只承担转向和承重的功能。具有驱动力好、平衡性能好，爬坡能力强等优点。小车的车轮分布：巡线小车的车轮常见的有 2 轮、3 轮和 4 轮。2 轮小车需要用到陀螺仪，控制比较复杂成本较高，3 轮小车和 4 轮小车用的比较多。三轮小车前轮通常采用万向轮，采用前轮或后轮驱动，具有结构紧凑、转向性能好等优点。四轮小车有四轮驱动、前轮驱动和后轮驱动。四轮驱动是四个轮子都有电动机，依靠差分驱动转向；前轮驱动是前轮是动力轮；后轮驱动是后边的两个轮子采用电动机驱动，前轮配有舵机转向，成本低廉，控制简单。

结束语

目前，智能电网建设和增强供电可靠性已上升为国家战略。智能巡线机器人能够对高压输电线路进行巡视检查，标记故障点位置，简单故障由机器人自行处理，复杂故障将故障点位置发送至地面控制中心，地面控制人员可在第一时间内获取线路故障点信息，及时组织人员进行抢修。机器人可以做到对发现的故障实时处理，简单故障可以做到实时排除，复杂故障可以在简易处理之后，尽量做到线路少停电、不停电，停电后迅速查询故障点位置，快速恢复用电，减少经济损失，提高社会经济效益。

参考文献

[1]程立,吴功平.高压线路巡线机器人视觉导航中的单目测距算法[J].光电子·激光,2016,27(09):941-948.

[2]周庆,李新平,周小龙,肖杰,周婷,王成疆.输电线路巡线机器人机械结构设计分析[J].机械设计与研究,2016,32(04):46-49.

[3]封尚.输电线路巡线机器人系统研究与开发[D].南京航空航天大学,2014.