线路机器人-华北科技项目可行性研究报告.doc

华北电网有限公司科技项目 可行性研究报告 项目名称： 输电线路智能巡线机器人 申请单位： 起止时间： 年 月 至 年 月 项目负责人： 通信地址： 邮政编码： 联系电话： 传 真： 申请日期： 年 月 目的和意义 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。 国内外目前见诸报道的输电线路机器人，都是功能单一型机器人，要么只能巡线，要么只能除冰。本方案提出一种以轻量级机器人底盘技术为基础，通过添加模块化功能单元进行功能/性能扩充的机器人设计思路，不仅可实现目前输电线路巡线、除冰的需求，而且系统具备极强的可升级性，适应智能电网未来新需求。  国内外研究水平综述 国外对高压输电线路巡检机器人的研究始于上世纪80年代，由日本、美国、加拿大等发达国家先后展开了对高压输电线路巡检机器人的研究。从国内外巡检机器人的发展来看，用于巡检机器人的行走机构主要有步进式行走机构和轮式行走机构。步进式行走机构通过多只手臂的交替移动完成在线爬行，行走移动为间断式，其移动速度缓慢，效率低。轮式行走机构依靠由电机驱动的行走轮与线路之间的摩擦，驱动机器人前进。轮式爬行行走机构具有移动平稳、速度快和效率高的特点，因此，目前巡检机器人多采用此种轮式行走机构。如：日本东京电力公司研制的光纤复合架空地线巡检机器人如图l所示。它采用两轮同时驱动行走机构实现在线行走，这种机器人行走机构具有结构紧凑，驱动力矩大的特点。加拿大魁北克水电研究院研制的HQLine—Rover遥控小车如图2所示。它靠上方三个轮子实现驱动行走，下方轮子起到辅助行走及刹车的作用。该机器人靠轮式行走机构实现了在直线线路段的稳定行走。日本Hideo Nakamura等人开发的蛇形巡检机器人如图3所示。该机器人有多个小车组合连接而成，每个小车自身携带驱动轮，通过各个小车协调驱动来实现机器人的在线移动。 国内在巡检机器人的研究方面主要有武汉大学、沈阳自动化研究所、中科院自动化研究所和山东科技大学等单位。如武汉大学研制的架空高压输电线路自动爬行机器人如图4所示。该机器人通过一对伞形轮来现行走。亦采用了轮式行走机构。 图4 自动爬行机器人 从高压输电线路巡检机器人的研究现状来看，轮式行走机构倍受研究人员的青睐，但在爬坡能力、运行的速度及运行的稳定性等方面还有待于进一步完善。  项目的理论和实践依据 1. 项目研究内容的原理简述 机器人完成一次巡检任务的工作过程为： 首先通过绝缘斗臂车或人工爬到线塔上吊装的方式将机器人安装到相线上； 然后地面监控计算机发出开机控制命令, 机器人本体计算机在接收到运行命令后，驱动机器人沿输电线行走; 行走过程中, 检测装置不断检测前方障碍物的情况, 同时高速球摄像机对线路进行拍摄, 拍到的图像通过无线设备实时传输到地面工作基站, 地面工作基站对线路情况进行判断, 决定是否对线路实施维护; 同时对机器人本身的工作状态进行监控, 决定是否对机器人的运动给予干预。 2.项目研究内容的理论或者实践依据 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、多传感器信息融合、电源技术等多个领域。但机械机构是整个系统的核心技术, 是目前制约巡线机器人走向实用化的障碍之一。巡线机器人对机械结构的要求有: ( 1) 从机构运动学角度要求机构能实现滚动、蠕动、跨越和避让输电线路上的各种障碍物, 并且末端执行器能够进行空间位置姿态的灵活调整。( 2) 从机器人系统的角度要求机构要有一定的负载能力, 便于安装各种监测仪器、信息传输设备, 并与导线形成等电势体。( 3) 从实用的角度要求机构小巧、紧凑、轻质, 便于携带及上下线操作; 在故障情况下, 防止机器人摔落。( 4) 从运动控制的角度要求机构的自由度尽量少, 能实现解耦控制, 并且具有符合要求的控制精度。 3.项目研究的关键和难点 巡线机器人系统由巡检机器人、塔上智能充电坞和地面控制系统组成。巡检机器人包括系统电源、机器人本体、控制器、摄像机、导航系统、图像及数据无线传输系