架空输电线路自动巡线机器人

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1、架空输电线路自动巡线机器人架空输电线路自动巡线机器人该文针对架空输电线路具有防震锤、耐张线夹、悬垂线夹、转弯等诸多障碍，线路与障碍物的相对位置和形态不固定的特点，介绍了一种运行于输电线路上的巡线机器人。文中首先对机器人机械结构和控制系统进行了简单介绍，然后对机器人的功能及达到的性能指标进行了说明。　　电能传输必须依靠高压输电线路。由于输电线路分布点多面广，所处地形复杂，自然环境恶劣，电力线及杆塔附件长期暴露在野外，因受到持续的机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤，必须及时修复或更换。所以，必须

2、对输电线路进行定期巡视检查，随时掌握和了解输电线路的运行情况，线路周围环境和线路保护区的变化情况，以便及时发现和消除隐患，预防事故的发生，确保供电安全。传统的人工巡检方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对山区和跨越大江大河的输电线路的巡检，存在很大的困难，甚至有一些巡检项目靠常规方法难以完成，因此，利用机器人进行自动巡线成为保障线路安全运行的一种必要手段。　　　　国外在巡线机器人领域的研究起步较早，从20世纪80年代末开始，日本东京电力公司、美国TRC公司等先后开展了巡线机器人的研究工作。但他们研制的巡线机器人一般需要

3、人工参与，或只能完成两线塔之间电力线路的检查，作业范围小，自治程度低。国内关于输电线路巡线机器人研究起步较晚，2002年开始，针对110kV、220/330kV和500kV输电线路，国家863计划支持了3个巡线机器人方面的项目研究，到目前已取得了较大进展。本文针对110kV架空输电线路巡线机器人的设计开发进行了阐述。　　　　1巡线机器人的机械结构　　　　巡线机器人是一个复杂的机电一体化系统，涉及机械结构、自动控制、通信、传感器信息融合、电源技术等多个领域。它沿高压输电线路自动完成线路的巡检任务，巡线机器人系统运行示意图

4、如图1所示。　　　　图1巡检机器人系统运行示意图　　　　机器人不仅能沿相线快速行走，而且还要跨越防震锤、耐张线夹、悬垂线夹、转弯、弓子线等诸多障碍，并且线路与障碍物的相对位置和形态还具有不固定的特点，故要求机器人必须具有灵巧的机械结构，否则不可能完成巡线任务。具体地说，巡线机器人对机械结构的要求有以下5个方面：能在高压输电线路上以要求的速度平稳运行，具有一定的爬坡能力；能够灵活地跨越高压线路上的防震锤、耐张线夹、悬垂线夹等障碍；能够跨越弓子线和转弯；体积小、重量轻，但必须提供足够的空间安装携带电源和仪器；在故障情况，能

5、可靠自锁，防止机器人摔落。　　　　其中越障能力又是巡线机器人结构设计的关键。由于机器人悬挂在架空线上，越障时既要保证机器人姿态平稳，又要保证与其它导线和杆塔金属部件及拉线的安全间距，并且还要容易控制，因此设计难度非常大。国外的几种巡线机器人未能实用的最根本的原因就在于没有解决好这个问题。　　　　针对国内110kV输电线路的实际情况，笔者参与设计开发的巡线机器人本体结构如图2所示。机器人本体呈对称结构，中间是控制箱，控制箱上方是一只具有伸缩功能的手臂，前后各有一只相同结构的柔性臂，分别通过涡轮蜗杆减速器连接在控制箱上；每

6、只手由两个手掌构成，手掌开合装置安装在手腕处，机器人的驱动装置和刹车制动装置安装在手掌上。为实现灵活越障，机器人本体共设计了16个驱动关节，每只手臂上都装有CCD摄像机、超声传感器、接近传感器和碰撞传感器等。　　　　注：1驱动装置；2柔性臂；3制动装置；4控制箱；5手掌开合装置　　　　图2巡线机器人本体结构2巡线机器人的控制系统　　　　自动巡线机器人是一种运行于高压架空输电线路上，具有一定智能的机器。对于这种特殊的工作环境，要求巡线机器人必须具备自动控制和主从遥控操作控制两种工作方式，并具有在恶劣环境中可靠工作的能力。

7、　　　　巡线机器人控制系统的组成如图3所示，由两大部分组成：地面遥控/数据接收移动基站和本体控制单元，其中机器人本体控制单元采用由规划层和执行层组成的两层分布式计算机控制结构。　　　　图3控制系统框图规划层由工控计算机系统（PC104主板）、控制输入装置（检修、调试用控制面板）、图像采集卡、I/O板卡及无线收发装置等组成。巡线机器人沿输电线路爬行，要跨越防震锤、耐张线夹、悬垂线夹等各种障碍。由于线路情况复杂，因此规划层的运动轨迹规划主要是局部越障规划，它可以通过接收来自控制面板的控制命令（检修和调试时），或地面基站工作

8、人员通过无线通信发过来的遥控命令（遥控操作），或利用传感器提供的机器人周围的局部环境信息，自动生成下一步的控制策略（自动控制方式），确保机器人可靠、快速的越过障碍。由于巡线机器人在高空作业，会受到刮风及弓子线（跳线）部分导线不规则形状的影响，并且环境中障碍物的形状各异，尺寸较小，因此使用了超声传感器、激光测距仪、CCD等多种传感器