林海 李鐵明

摘 要：為了保證高壓輸電線路的穩(wěn)定運行，定期需要對高壓輸電線路進行巡檢，高壓輸電線路巡檢機器人的應用，有效提高了輸電線路的巡檢效率，避免了人工巡檢所具有的危險性，降低了人力和物力方面的投入。巡檢機器人的實用性能與其機械本體結構有直接的關系，合理化的機械結構設計是影響機器人應用和發(fā)展的主要技術之一。該文對高壓輸電線路巡檢機器人的設計進行研究和探討。

關鍵詞：高壓 輸電線路 巡檢 機器人

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（b）-0039-01

隨著我國電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，高壓輸電線路在我國電路傳輸中占有十分關鍵的地位，為電力輸送發(fā)揮著重要的作用。高壓輸電線路能夠安全、穩(wěn)定的運行與社會發(fā)展和人民的日常生活息息相關。為了保證高壓輸電線路能夠穩(wěn)定可靠的運行，需要對輸電線路定期進行巡檢和維護。傳統(tǒng)的輸電線路的巡檢以人工檢測的方法為主，不僅巡檢效率低，而且具有一定的危險性，特別是在惡劣的環(huán)境下，采用人工巡檢的方式對高壓輸電線路進行維護和保養(yǎng)，需要投入大量人力、物力和財力，加上線路的日益復雜，人工巡檢操作困難，危險性高。巡檢機器人的應用有效的取代了人工巡檢存在的弊端，自應用以來受到行業(yè)專家和學者的廣泛關注。在復雜的高壓線路環(huán)境下，巡檢機器人要高效的完成巡檢任務，需要有在線行走和跨越障礙的能力，因此，機器人本身的機械結構就直接影響著機器人的實用性能，也是巡檢機器人應用和發(fā)展的重要技術之一。

1 巡檢機器人機械結構的組成和功能

在高壓輸電線路上存在多種障礙物，如防振錘、跳線、線夾等，機器人要在高壓線路上以高空懸掛的方式完成巡檢任務，就需要其機械本體具有行走和越障的機構，以使巡檢機器人能夠在高壓輸電線路上實現(xiàn)行蹤和在線越障，保證其能夠在輸電線路上持續(xù)工作。

高壓輸電線路上的巡檢機器人的行走機構，是機器人的基本組成結構，是巡檢機器人性能實現(xiàn)的基礎。線路巡檢機器人與地面機器人在行走方式上市截然不同的，不僅要在線路上行走，同時還需要在線路上保持平衡穩(wěn)定的狀態(tài)。從仿生學的角度來看，巡檢機器人在輸電線路上的行走與人類在鋼絲上行走極為相似。人類在鋼絲繩上行走一般利用雙臂將身體在鋼索上懸掛，采用雙手交替抓握鋼索的方式在鋼絲繩上行走。或者是采用平衡桿來保持身體的平衡性，采用平地行走的方式行走。兩種方式相較而言，前者穩(wěn)定性更高，行走速度更快。根據(jù)放生機械設計的原理，機器人在線行走功能設計原理可模仿人體懸掛在鋼索上行走的模式，采用滑輪在線滑動的方法來實現(xiàn)。

2 巡檢機器人的機械結構設計

2.1 巡檢機器人基本結構組成

如圖1所示，高壓巡檢機器人的機械結構主要分為機器人雙臂和機器人箱體兩個部分。箱體中裝置由控制器、無限收發(fā)器、電機驅動器等電子設備。雙臂是巡檢機器人用來越障的主要機構，電機位于手臂的前端用來驅動和控制機器人的行走，在電機兩側裝置有手爪，能夠為機器人行走和越障提供保護。巡檢機器人的雙臂是對稱的，每個手臂具有四個自由度串聯(lián)機構，上臂裝置由轉動副和上下伸縮移動副，下臂有轉動副和水平方向移動副。機器人手臂具有大范圍回轉的功能，手臂可以機器人本體進行移動，雙臂的八個自由度為機器人的行走和越障能力的實現(xiàn)提供保障。

2.2 巡檢機器人的硬件結構

巡檢機器人的控制系統(tǒng)包括本體和地面基站。機器人具有各自獨立的圖像傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)指令傳輸系統(tǒng)，在不同的信道內(nèi)各種承擔工作任務。機器人的狀態(tài)通過無線通信的方式進行遠程控制和監(jiān)督。機器人本體與地面基站之間建立有專門的無線圖像傳輸系統(tǒng)，機器人在巡檢任務的執(zhí)行過程中將線路狀況拍攝成圖像信息通過無線通信系統(tǒng)傳送到地面基站。

2.3 控制系統(tǒng)

高壓輸電線路路巡檢機器人在執(zhí)行線路巡檢任務的過程中，沿著輸電線路架空行走，因為輸電線路離地面較高，因此巡檢機器人的控制不僅僅包括線路上行走，同時還包括上線、跨越障礙、線路檢測、下線等一系列的任務執(zhí)行過程。控制系統(tǒng)必須對機器人進行全程的動態(tài)監(jiān)測和控制，保證機器人每一個動作的安全。為了實現(xiàn)對上述任務的有效控制，本文設計的高壓巡檢機器人包括輔助控制系統(tǒng)、行走過程控制系統(tǒng)、越障過程控制系統(tǒng)、異常情況處理四個部分。

3 高壓巡檢機器人機械設計的發(fā)展前景

高壓巡檢機器人自應用以來，受到全球電力行業(yè)的廣泛關注，成為電力領域研究的熱點問題。隨著新技術的不斷開發(fā)和更新，巡檢機器人也必將朝著輕量化、簡單化、高效化的發(fā)展方向，應用前景十分廣闊。

3.1 輕量化發(fā)展

機器人的性能取決于其本身的機械結構、材料、系統(tǒng)模塊配置等因素。從我國現(xiàn)今高壓巡檢機器人的應用來看，主要依靠蓄電池進行能源供應，現(xiàn)今很多學者致力于利用感應原理對機器人在高壓線路工作狀態(tài)下的取電，以實現(xiàn)工作中的自我供電取代傳統(tǒng)的蓄電池供電，這種方式的應用能夠有效的減輕機器人的重量。同時材料科學的不斷發(fā)展進步，是機器人在材料方面更加先進，是巡檢機器人的輕量化設計成為可能。

3.2 簡單化發(fā)展

隨著控制技術的不斷發(fā)展，機器人的控制復雜性會不斷降低，不僅操作更為簡單，而且工作效率同時得到有效的提高。隨著對機器人機構設計的不斷優(yōu)化，結構更加簡單，機器人的越障能力更加靈活，協(xié)調(diào)性更好。

3.3 高穩(wěn)定性、高效性發(fā)展

衡量巡檢機器人的性能是以機器人運行的穩(wěn)定性和高效性為標準的，巡檢機器人大多應用在戶外比較惡劣的環(huán)境條件下，而且其是在懸掛的狀態(tài)下執(zhí)行巡檢任務，為了保證其工作質(zhì)量，必須首先保證其具有較高的穩(wěn)定性和高效性，這一直是研究人員關于巡檢機器人研發(fā)的重點問題，也是高壓巡檢機器人的發(fā)展趨勢。

參考文獻

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