機器人技術(shù)在排擠電力線(xiàn)路檢測中的應用
隨著(zhù)我國經(jīng)濟快速發(fā)展，對能源的需求越來(lái)越大，超高壓大容量電力線(xiàn)路大幅擴建。線(xiàn)路走廊需要穿越各種復雜的地理環(huán)境，如經(jīng)過(guò)大面積達水庫、湖泊和崇山峻嶺等，這些都給電力線(xiàn)路的檢測帶來(lái)了很多困難。特別是對于電力線(xiàn)路穿越原始森林邊沿地區、高海拔、冰雪覆蓋區以及沿線(xiàn)存在頻繁多滑坡、泥石流等地質(zhì)災難，大部分地區山高坡陡，交通和通訊極不發(fā)達時(shí)，如何解決電力線(xiàn)路的日常檢測成為困擾電力行業(yè)的一個(gè)重大困難。
電工鉗| 壓線(xiàn)鉗| 彈簧鉗| 萬(wàn)能鉗| 剪線(xiàn)鉗| 螺絲批| GPS| 溫度探頭|
傳統的輸電線(xiàn)路的巡檢主要采用兩種方法，即地面人工目測法和直升飛機航測法。前者的巡檢精度低，勞動(dòng)強度大，且存在巡檢盲區；后者則存在飛行安全隱患且巡線(xiàn)用度昂貴。隨著(zhù)機器人技術(shù)的發(fā)展，巡線(xiàn)機器人可以克服上述缺陷，因此，巡線(xiàn)機器人已成為特種機器領(lǐng)域的一個(gè)研究熱門(mén)。

移動(dòng)巡線(xiàn)機器人

目前國內外研究的巡線(xiàn)機器人有兩種類(lèi)型，一種是移動(dòng)巡線(xiàn)機器人，可以沿電力電線(xiàn)自主行走、跨越障礙并進(jìn)行線(xiàn)路巡檢。巡線(xiàn)機器人能夠帶電工作，以一定的速度沿輸電線(xiàn)爬行，并能跨越防震錘、耐張線(xiàn)夾、懸垂線(xiàn)夾、桿塔等障礙，利用攜帶的傳感儀器對桿塔、導線(xiàn)及避雷線(xiàn)、盡緣子、線(xiàn)路金具、線(xiàn)路通道等實(shí)施接近檢測。

國外巡線(xiàn)機器人的研究始于20世紀80年代末，日本、美國、加拿大、泰國的一些研究機構先后開(kāi)展了巡線(xiàn)機器人的研究。他們研制的巡線(xiàn)機器人可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是具有跨越障礙物功能，但結構尺寸大、質(zhì)量大，因而實(shí)用性差，并大多仍處在實(shí)驗室研制階段；另一類(lèi)則只能在兩桿塔間的直線(xiàn)段巡線(xiàn)，不具備跨越障礙物功能，因而其巡線(xiàn)作業(yè)范圍受到極大限制。
溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 光功率計| 粒子計數器| 粉塵計|
東京電力公司的Sawada等人研制了光纖復合排擠地線(xiàn)（OPGW）巡檢移動(dòng)機器人。該機器人利用一對驅動(dòng)輪和一對夾持輪沿地線(xiàn)（OPGW）爬行，能跨越地線(xiàn)上防震錘、螺旋減震器等障礙物。碰到線(xiàn)塔時(shí)，機器人采用仿人攀援機理，先展開(kāi)攜帶的弧形手臂，手臂兩端勾住線(xiàn)塔兩側的地線(xiàn)，構成一個(gè)導軌，然后本體順著(zhù)導軌滑到線(xiàn)塔的另一側；待機器人夾持輪抱緊線(xiàn)塔另一側的地線(xiàn)后，將弧形手臂折疊收起，以備下次使用。機器人運動(dòng)控制有粗略和精確定位兩種模式，粗略控制是把線(xiàn)塔和地線(xiàn)的資料數據（線(xiàn)塔的高度、位置，地線(xiàn)長(cháng)度，線(xiàn)路上附件數目等）預先編制好程序輸進(jìn)機器人，據此控制機器人的行走和越障；精確定位控制則根據傳感器反饋信息進(jìn)行控制。機器人攜帶的損傷探測單元采用渦流分析方法探測光纖復合排擠地線(xiàn)鎧裝層的損傷情況，并把探測數據記錄到磁帶上。

國內巡線(xiàn)機器人的研究始于20世紀90年代末，中國科學(xué)院、武漢大學(xué)等單位在該領(lǐng)域進(jìn)行了研究，并申請了相關(guān)專(zhuān)利：

中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所申請的發(fā)明專(zhuān)利200410020490.8（申請日：2004.04.30）涉及一種超高壓輸電線(xiàn)巡檢機器人機構。它由移動(dòng)車(chē)體、后手臂、前手臂組成，其中：移動(dòng)車(chē)體由本體和行走輪組成，行走輪通過(guò)水平轉動(dòng)副和移動(dòng)副安裝在本體上，并與線(xiàn)相抓持，本體通過(guò)轉動(dòng)副分別與前、后手臂相連，手臂末端為手爪；所述前手臂、后手臂結構相同，其中每一手臂由上臂、下臂兩部分組成，上臂為連桿及滾珠絲杠與滑塊組合結構，通過(guò)水平轉動(dòng)副與下臂相連接，下臂為大行程伸縮機構。該發(fā)明工作空間大、重量輕、能耗低且越障能力強。

中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所申請的發(fā)明專(zhuān)利200310118302.0（申請日：2003.11.18）涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，是110kv高壓輸電線(xiàn)路自動(dòng)巡檢機器人的一個(gè)單體。該發(fā)明高壓輸電線(xiàn)路自動(dòng)巡檢機器人單體，由防護罩、驅動(dòng)臂、驅動(dòng)臂升降電機、小臂、小臂升降電機組成，其驅動(dòng)臂包括驅動(dòng)輪、驅動(dòng)輪軸、同步帶、同步帶輪、主電機、主電機輸出軸、開(kāi)合電機、開(kāi)合螺桿等，其中，主電機帶動(dòng)驅動(dòng)輪，使巡檢機器人單體在輸電線(xiàn)上行走，開(kāi)合電機控制開(kāi)合機構，決定驅動(dòng)輪與輸電線(xiàn)之間的掛靠或撤離；其小臂中設有支撐輪和關(guān)節軸承，支撐輪槽曲率較大，與輸電線(xiàn)保持點(diǎn)接觸，有利于關(guān)節軸承對支撐輪姿態(tài)的自調節。該發(fā)明自動(dòng)巡檢機器人單體，可實(shí)現在輸電線(xiàn)上穩定行走、跨越障礙物、緊急剎車(chē)等功能，取代了人工巡檢高壓輸電線(xiàn)路。

武漢大學(xué)申請的發(fā)明專(zhuān)利200510019930.2（申請日：2005.12.01）公然了一種高壓巡線(xiàn)機器人沿輸電線(xiàn)路進(jìn)行導航的方法，其特征在于：將一系列相同參數的電磁傳感器分別布置在機器人的手臂上，各組傳感器分別同軸線(xiàn)布置，讓機器人的各待調控部位的空間位姿狀態(tài)能通過(guò)各該部位的傳感器陣列組相對高壓輸電導線(xiàn)的間隔表征。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)現簡(jiǎn)單，結構小巧，本錢(qián)低廉；可避免強電場(chǎng)、強磁場(chǎng)的干擾，實(shí)用性強；控制算法簡(jiǎn)單，操縱方便。如配備相應的機器人設備，可以用來(lái)輔助完成高壓巡線(xiàn)機器人沿排擠高壓輸電線(xiàn)路進(jìn)行全自動(dòng)化的巡檢作業(yè)。

山東大學(xué)申請的專(zhuān)利200510042569.5（申請日：2005.03.18）為沿110kV輸電線(xiàn)自主行走的機器人及其工作方法，由機器人本體、控制裝置、傳感器、檢測裝置和無(wú)線(xiàn)圖像傳輸設備組成；控制裝置和無(wú)線(xiàn)圖像傳輸設備安裝在機器人本體中間的控制箱內，位置傳感器安裝在機器人的各個(gè)關(guān)節電機的末端，測距傳感器和檢測障礙用的視覺(jué)傳感器CCD安裝在每只手的前方，檢測裝置包括高速球攝像機和熱成像儀通過(guò)云臺與機器人本體相連。能夠在110kV輸電線(xiàn)路上平穩行走，自主地跨越輸電線(xiàn)上的各種障礙，代替人進(jìn)行輸電線(xiàn)路的巡線(xiàn)工作，減輕輸電線(xiàn)路巡線(xiàn)的工作量，進(jìn)步工作效率和檢測的精度，達到確保輸電線(xiàn)路安全運行的突出特點(diǎn)。

巡檢飛行機器人

另一種是線(xiàn)路巡檢飛行機器人，采用小型無(wú)人飛行器，安裝CCD攝像機，可以超視距測控飛行和低空飛行，具有智能化程度高的特點(diǎn)。

如國外EA Technology公司研制的電線(xiàn)巡檢機器人Sprite是一種小型對稱(chēng)旋翼飛行器，機身設計特別考慮到了空氣紊流的低影響，安裝了增穩控制系統，可以在陣風(fēng)擾動(dòng)中平穩飛行。飛行器安裝有一個(gè)高精度CCD攝像機，有一個(gè)變焦鏡頭安裝在主動(dòng)平衡系統上，平衡系統可以保證飛行器飛行時(shí)圖像的平穩。

國內華北電力大學(xué)申請的發(fā)明專(zhuān)利200410098960.2（申請日：2004.12.17）提供了一種電力線(xiàn)路巡檢機器人飛機及其控制系統，飛機結構采用共軸雙螺旋槳反向驅動(dòng)結構，采用兩個(gè)發(fā)動(dòng)機分別驅動(dòng)兩個(gè)螺旋槳反向旋轉，通過(guò)控制兩個(gè)發(fā)動(dòng)機的轉速比控制飛機機身的穩定；使用GPS系統與GIS系統確定飛機的飛行軌跡，使用基于32位的精簡(jiǎn)指令集計算機處理器ARM的嵌進(jìn)式系統進(jìn)行飛行姿態(tài)調整，使用蓄電池為發(fā)動(dòng)機電機、檢測傳感器以及數據鏈路系統提供電源�？刂葡到y由電力線(xiàn)路巡檢機器人飛機導航系統、飛行路徑自主規劃系統、數據鏈路系統、基于多傳感器融合的在線(xiàn)檢測系統構成。其優(yōu)點(diǎn)在于：有效的改善電力線(xiàn)路的監控質(zhì)量，保障輸電網(wǎng)絡(luò )的安全平穩運行，并且安全、可靠、適應性好，監測速度快，機器人飛機智能化程度高、可實(shí)現超視距測控飛行、程控自主飛行及自動(dòng)返航等多種功能。

電力線(xiàn)路巡線(xiàn)機器人是現代機器人技術(shù)的應用之一，今后各種機器人將在各個(gè)領(lǐng)域內發(fā)揮更大的作用，特別是在產(chǎn)業(yè)、危險操縱等領(lǐng)域替換人類(lèi)，完成重要的工作，改善人們的工作生活。