架空输电线路巡检机器人.doc

架空输电线路巡检机器人 　　【摘要】 随着社会经济的发展，电力系统规模不断扩大，对输电线路安全运行和供电的可靠性要求不断提高。架空输电线路作为电力系统中的重要环节，其安全稳定运行对保证电网结构和电力系统良好运行有着决定性的作用。本文重点分析架空输电线路巡检机器人，从其结构、功能、路径规划、障碍物识别等方面进行阐述，挖掘其发展历程 【关键字】 架空 输电线路 巡检 机器人 障碍 路径规划 一、引言 随着全球经济高速全面发展，对能源的需求越来越大，超高压大容量电力线路大幅扩建，能源覆盖面越来越广。架空电力线路是将输电导线用绝缘子和金具架设在杆塔上，使得导线对地面和建筑物保持一定的距离，从而实现远距离的供电。基于该特点，对于远距离输电大多都会采用架空输电线路 然而，虽然架空输电线路具有投资小、建设速度快、施工简单方便，但是当其线路输送中容量越大，输送距离就越长，要求线路的电压也就越高，而此时输电线路的阻抗能力逐步成反比，其存在的缺陷也越来越明显，比如易受到风雪和雷击等自然因素的影响，从而容易引发各种安全事故。因此，随着高压甚至是超高压输电线路的发展，输电线路安全保障性也得到越来越多的关注，输电线路的巡检工作也就越发重要 目前，架空电力线路的巡检主要分为三类，人工巡检、飞行器巡检以及智能机器人巡检。随着机器人技术的发展，采用智能化机器人进行电力线路的巡检也逐渐引起关注 二、电力巡线机器人 2.1电力巡线机器人发展 在2002年以前，架空输电线路早已出现，架空电力线路的主要巡检方式还是依靠传统的人工巡检和直升机巡检，基于这两种巡检方式，输电线路的安全性能基本能够得到保证。20世纪80年代末，日本、美国和加拿大等国相继开发了不同用途的巡线机器人，如1988年东京电力公司的Sawada等人研制了具有初步自主越障能力的架空地线巡检移动机器人；1989年美国TRC公司研制了一台悬臂自治巡检机器人，能沿架空线路较长距离地爬行，进行电晕损耗、绝缘子、结合点、压接头等视觉巡检任务，但其不具有越障功能；2004年后，随着发展和需求，线路巡检机器人进行了越障结构、检测以及导航等方面的技术改进 2.2 电力巡线机器人系统 线路巡检机器人是一套复杂的机电一体化系统，主要由机械结构、控制系统、导航与定位、巡视扫描装置、电源与屏蔽封闭机箱和通信系统等几部分组成。在整个巡检机器人的发展历程中，研究者也主要针对这些组成部分进行了改进 2.2.1机械机构 早在1989年左右，国外就开始了对线路巡检机器人的研制，并由无跨越功能的巡检机器人发展到具有跨越障碍物功能，从驱动方式上由轮式巡检机器人历经仿生手臂机器人到轮臂复合式机器人再到多关节―轮臂复合式机器人 典型的轮式机器人为在移动体的两端安装有滑动轮，中间形成沟槽，以嵌合电缆，实现在电缆上行走。此类机器人只能在一档线上工作，不具越障功能，而实际上输电线杆塔上存在防振锤、绝缘子、悬垂金具、压接管等设备，这些都成为机器人在行驶过程中的障碍物，为了完成整个线路的巡检，就需要由人工带电作业将其从障碍物的一侧搬运到另一侧，这不仅影响了工作效率，而且也不安全 ?P节机器人，通过多个关节点和多个连接棒连接组成，在夹着电线的左右两端是电磁铁，其在移动时，通过电磁铁吸引力夹紧电线并移动，当检测到障碍物时，从碰触到障碍物最前端的节点开始，依次切断电磁铁的电源开关，这样，触碰到障碍物的电磁铁关节就可以打开，穿过障碍物，穿越过障碍物的电磁铁再闭合开关，再次通过磁铁吸引力夹紧电线前行。由于结构的限制，其可以跨越一些简单的障碍物。当遇到杆塔时，则仍需人工进行辅助搬运，因此，并没有彻底解决跨越障碍的功能 手臂升降式巡检机器人，本体上左右两端分别具有一个仿生手臂，仿生手臂的顶端是夹爪，用来夹住电缆并行走，在遇到障碍物时，通过依次释放左右两端的夹爪以及配合升降装置，使巡检机器人逐步跨越障碍物，并再次依次夹紧电缆。该巡检机器人由于夹爪的适应性比较强，可以实现各种障碍物的跨越。但是仿生手臂夹爪一方面紧固性不够，容易产生松动；另一方面，对电缆的损害也比较大 轮臂复合驱动巡检机器人，在移动体两侧带有两个长条形的臂膀，在正常移动式，两个臂膀不工作，仅仅由移动体上的滑轮夹紧电缆进行移动，当遇到障碍物时，两个臂膀顶端的夹爪机构分别勾住障碍物两端的电缆，释放夹紧电缆的驱动轮，使移动体脱离电缆，移动体顺着臂膀形成的弧形轨道从一端滑行到另一端，实现移动体障碍物跨越，然后将移动体的驱动轮再次夹紧电缆，释放臂膀两顶端的夹爪装置。轮臂复合式巡检机器人结合了轮式机器人和仿生手臂机器人各自的优点，既能实现轮式巡检机器人蠕动行走功能又能实现仿生手臂式移动机器人爬行的优点，因此，在巡检机器人领域应用最为广泛