機器人技術在排擠電力線路檢測中的應用

機器人技術在排擠電力線路檢測中的應用
隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，對能源的需求越來越大，超高壓大容量電力線路大幅擴建。線路走廊需要穿越各種復雜的地理環(huán)境，如經(jīng)過大面積達水庫、湖泊和崇山峻嶺等，這些都給電力線路的檢測帶來了很多困難。特別是對于電力線路穿越原始森林邊沿地區(qū)、高海拔、冰雪覆蓋區(qū)以及沿線存在頻繁多滑坡、泥石流等地質災難，大部分地區(qū)山高坡陡，交通和通訊極不發(fā)達時，如何解決電力線路的日常檢測成為困擾電力行業(yè)的一個重大困難。
電工鉗| 壓線鉗| 彈簧鉗| 萬能鉗| 剪線鉗| 螺絲批| GPS| 溫度探頭|
傳統(tǒng)的輸電線路的巡檢主要采用兩種方法，即地面人工目測法和直升飛機航測法。前者的巡檢精度低，勞動強度大，且存在巡檢盲區(qū)；后者則存在飛行安全隱患且巡線用度昂貴。隨著機器人技術的發(fā)展，巡線機器人可以克服上述缺陷，因此，巡線機器人已成為特種機器領域的一個研究熱門。

移動巡線機器人

目前國內(nèi)外研究的巡線機器人有兩種類型，一種是移動巡線機器人，可以沿電力電線自主行走、跨越障礙并進行線路巡檢。巡線機器人能夠帶電工作，以一定的速度沿輸電線爬行，并能跨越防震錘、耐張線夾、懸垂線夾、桿塔等障礙，利用攜帶的傳感儀器對桿塔、導線及避雷線、盡緣子、線路金具、線路通道等實施接近檢測。

國外巡線機器人的研究始于20世紀80年代末，日本、美國、加拿大、泰國的一些研究機構先后開展了巡線機器人的研究。他們研制的巡線機器人可以分為兩類：一類是具有跨越障礙物功能，但結構尺寸大、質量大，因而實用性差，并大多仍處在實驗室研制階段；另一類則只能在兩桿塔間的直線段巡線，不具備跨越障礙物功能，因而其巡線作業(yè)范圍受到極大限制。
溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 光功率計| 粒子計數(shù)器| 粉塵計|
東京電力公司的Sawada等人研制了光纖復合排擠地線（OPGW）巡檢移動機器人。該機器人利用一對驅動輪和一對夾持輪沿地線（OPGW）爬行，能跨越地線上防震錘、螺旋減震器等障礙物。碰到線塔時，機器人采用仿人攀援機理，先展開攜帶的弧形手臂，手臂兩端勾住線塔兩側的地線，構成一個導軌，然后本體順著導軌滑到線塔的另一側；待機器人夾持輪抱緊線塔另一側的地線后，將弧形手臂折疊收起，以備下次使用。機器人運動控制有粗略和精確定位兩種模式，粗略控制是把線塔和地線的資料數(shù)據(jù)（線塔的高度、位置，地線長度，線路上附件數(shù)目等）預先編制好程序輸進機器人，據(jù)此控制機器人的行走和越障；精確定位控制則根據(jù)傳感器反饋信息進行控制。機器人攜帶的損傷探測單元采用渦流分析方法探測光纖復合排擠地線鎧裝層的損傷情況，并把探測數(shù)據(jù)記錄到磁帶上。

國內(nèi)巡線機器人的研究始于20世紀90年代末，中國科學院、武漢大學等單位在該領域進行了研究，并申請了相關專利：

中國科學院沈陽自動化研究所申請的發(fā)明專利200410020490.8（申請日：2004.04.30）涉及一種超高壓輸電線巡檢機器人機構。它由移動車體、后手臂、前手臂組成，其中：移動車體由本體和行走輪組成，行走輪通過水平轉動副和移動副安裝在本體上，并與線相抓持，本體通過轉動副分別與前、后手臂相連，手臂末端為手爪；所述前手臂、后手臂結構相同，其中每一手臂由上臂、下臂兩部分組成，上臂為連桿及滾珠絲杠與滑塊組合結構，通過水平轉動副與下臂相連接，下臂為大行程伸縮機構。該發(fā)明工作空間大、重量輕、能耗低且越障能力強。

中國科學院自動化研究所申請的發(fā)明專利200310118302.0（申請日：2003.11.18）涉及機器人技術領域，是110kv高壓輸電線路自動巡檢機器人的一個單體。該發(fā)明高壓輸電線路自動巡檢機器人單體，由防護罩、驅動臂、驅動臂升降電機、小臂、小臂升降電機組成，其驅動臂包括驅動輪、驅動輪軸、同步帶、同步帶輪、主電機、主電機輸出軸、開合電機、開合螺桿等，其中，主電機帶動驅動輪，使巡檢機器人單體在輸電線上行走，開合電機控制開合機構，決定驅動輪與輸電線之間的掛靠或撤離；其小臂中設有支撐輪和關節(jié)軸承，支撐輪槽曲率較大，與輸電線保持點接觸，有利于關節(jié)軸承對支撐輪姿態(tài)的自調(diào)節(jié)。該發(fā)明自動巡檢機器人單體，可實現(xiàn)在輸電線上穩(wěn)定行走、跨越障礙物、緊急剎車等功能，取代了人工巡檢高壓輸電線路。

武漢大學申請的發(fā)明專利200510019930.2（申請日：2005.12.01）公然了一種高壓巡線機器人沿輸電線路進行導航的方法，其特征在于：將一系列相同參數(shù)的電磁傳感器分別布置在機器人的手臂上，各組傳感器分別同軸線布置，讓機器人的各待調(diào)控部位的空間位姿狀態(tài)能通過各該部位的傳感器陣列組相對高壓輸電導線的間隔表征。本發(fā)明的優(yōu)點是：實現(xiàn)簡單，結構小巧，本錢低廉；可避免強電場、強磁場的干擾，實用性強；控制算法簡單，操縱方便。如配備相應的機器人設備，可以用來輔助完成高壓巡線機器人沿排擠高壓輸電線路進行全自動化的巡檢作業(yè)。

山東大學申請的專利200510042569.5（申請日：2005.03.18）為沿110kV輸電線自主行走的機器人及其工作方法，由機器人本體、控制裝置、傳感器、檢測裝置和無線圖像傳輸設備組成；控制裝置和無線圖像傳輸設備安裝在機器人本體中間的控制箱內(nèi)，位置傳感器安裝在機器人的各個關節(jié)電機的末端，測距傳感器和檢測障礙用的視覺傳感器CCD安裝在每只手的前方，檢測裝置包括高速球攝像機和熱成像儀通過云臺與機器人本體相連。能夠在110kV輸電線路上平穩(wěn)行走，自主地跨越輸電線上的各種障礙，代替人進行輸電線路的巡線工作，減輕輸電線路巡線的工作量，進步工作效率和檢測的精度，達到確保輸電線路安全運行的突出特點。

巡檢飛行機器人

另一種是線路巡檢飛行機器人，采用小型無人飛行器，安裝CCD攝像機，可以超視距測控飛行和低空飛行，具有智能化程度高的特點。

如國外EA Technology公司研制的電線巡檢機器人Sprite是一種小型對稱旋翼飛行器，機身設計特別考慮到了空氣紊流的低影響，安裝了增穩(wěn)控制系統(tǒng)，可以在陣風擾動中平穩(wěn)飛行。飛行器安裝有一個高精度CCD攝像機，有一個變焦鏡頭安裝在主動平衡系統(tǒng)上，平衡系統(tǒng)可以保證飛行器飛行時圖像的平穩(wěn)。

國內(nèi)華北電力大學申請的發(fā)明專利200410098960.2（申請日：2004.12.17）提供了一種電力線路巡檢機器人飛機及其控制系統(tǒng)，飛機結構采用共軸雙螺旋槳反向驅動結構，采用兩個發(fā)動機分別驅動兩個螺旋槳反向旋轉，通過控制兩個發(fā)動機的轉速比控制飛機機身的穩(wěn)定；使用GPS系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)確定飛機的飛行軌跡，使用基于32位的精簡指令集計算機處理器ARM的嵌進式系統(tǒng)進行飛行姿態(tài)調(diào)整，使用蓄電池為發(fā)動機電機、檢測傳感器以及數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)提供電源�？刂葡到y(tǒng)由電力線路巡檢機器人飛機導航系統(tǒng)、飛行路徑自主規(guī)劃系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)、基于多傳感器融合的在線檢測系統(tǒng)構成。其優(yōu)點在于：有效的改善電力線路的監(jiān)控質量，保障輸電網(wǎng)絡的安全平穩(wěn)運行，并且安全、可靠、適應性好，監(jiān)測速度快，機器人飛機智能化程度高、可實現(xiàn)超視距測控飛行、程控自主飛行及自動返航等多種功能。

電力線路巡線機器人是現(xiàn)代機器人技術的應用之一，今后各種機器人將在各個領域內(nèi)發(fā)揮更大的作用，特別是在產(chǎn)業(yè)、危險操縱等領域替換人類，完成重要的工作，改善人們的工作生活。