1.引言
高壓輸電線及桿塔附件長期暴露在野外,因受到持續(xù)的機械張力、電氣閃絡(luò)、材料老化的影響而產(chǎn)生斷股、磨損、腐蝕等損傷,如不及時修復更換,原本微小的破損和缺陷就可能擴大,最終導致嚴重事故。因此,電力公司需要定期對線路設(shè)備進行巡檢,及時發(fā)現(xiàn)早期損傷和缺陷并加以評估,根據(jù)評估結(jié)果安排必要的維護和修復,從而確保供電的安全可靠性。傳統(tǒng)的人工巡檢方法不僅工作量大而且條件艱苦,特別是對于山區(qū)和大江大河等的輸電線路巡檢存在很大困難,甚至一些巡檢項目靠常規(guī)方法都難以完成。因此,采用機器人自動巡線成為保障高壓輸電線安全運行的一種必要手段。
高壓輸電線路巡線機器人屬于特種機器人的研究范疇,主要完成高壓供電線纜的無損探傷、懸垂絕緣子絕緣特性檢測、輸電線附件輸電性能測試、機械連接牢固性檢查、線纜異物清除等高空作業(yè)。國外在巡線機器人領(lǐng)域的研究起步較早,研究水平較高,1988年,日本東京電力公司的Sawada等人研制了光纖復合架空地線巡檢移動機器人,該機器人可以沿地線爬行,遇到障礙物時,可以通過弧形手臂輔助跨越。加拿大魁北克水電研究院的Montambault等人于2000年研制成功了輸電線遙控機器人,該遙控機器人可以消除電力傳輸線上的積冰,并可以用來線路巡檢平臺。國內(nèi)關(guān)于輸電線路巡線機器人的研究還處于起步階段,只有武漢水利大學、山東大學、中科院等作過一些研究。
2.機器人概述
由于高壓輸電線的線纜附件種類多、形狀復雜,因此,越障成為巡線機器人要具備的首要功能。本文所述的機器人采用3個自由擺動的吊臂跨越線纜附件,當遇到障礙物時擺動3個吊臂,使3個吊臂依次通過障礙物。機器人本體如圖1所示,該機器人可以在四分裂、二分裂、單股等高壓輸電線纜上爬行,可自主跨越懸垂絕緣子、隔離棒、防振錘、線夾等線纜附件,具有輸電線纜的檢測功能。機器人綜合性能指標如下:1)本體外形:850×300×700mm;2)本體重量45Kg;3)纜徑適應性Ф10~Ф25mm;4)移動速度0~25m/min;5)爬升角度0~30°;6)控制方式:自主運行和主從遙控操作;7)故障處理:手動/自動。
圖1 機器人本體示意圖
3.控制系統(tǒng)的設(shè)計
機器人的控制系統(tǒng)分本體控制系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩部分,如圖2 所示。本體控制系統(tǒng)用來規(guī)劃機器人的運動軌跡,控制機器人運動構(gòu)件,確保機器人可靠快速的越過障礙物,并實現(xiàn)與地面基站的命令、數(shù)據(jù)的遠距離傳輸;地面監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)機器人的手動/自動控制,并監(jiān)控機器人的穩(wěn)定運行。為機器人設(shè)計自動和手動兩套控制系統(tǒng)的增加了機器人的靈活性與可靠性,當其中一套系統(tǒng)發(fā)生故障時可啟動另一套控制系統(tǒng),另外在某些特殊的場合可只用手動系統(tǒng),降低了機器人野外作業(yè)的難度,增加了機器人的應用性。
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