高壓輸電鐵塔攀爬巡檢機器人

李華強 錢國強 陳孝鋒 馬闖??

摘要：隨著經濟的發展，在“十三五”背景下國家更加重視電網的建設，并且高壓輸電線路的應用更加廣泛，但是由于高壓輸電鐵塔的特征，檢修工作存在很大的挑戰，對此可以使用機器人開展巡檢工作。基于此，本文將闡述攀爬巡檢機器人的效用，分析其技術方案以及優化方案，旨在完善攀爬巡檢機器人的功能，降低巡檢工作的難度，促進國家電網的發展。

關鍵詞：高壓輸電；攀爬巡檢；機器人

電力的穩定、安全是促進各行各業發展的基本保障，對此為了能夠有效的提高電力的安全性，就應該加大對高壓輸電鐵塔的檢測、檢修等工作的重視程度。在電網的建設中，輸電塔的材質基本上都是角鋼，而檢修與維護均需要人力完成，不僅影響工作人員的安全，還加大了勞動強度。因此，在科技如此發達的背景下，可以研發巡檢機器人，實現自動檢測、維護的目的，保護工作人員的安全。

一、高壓輸電鐵塔攀爬巡檢機器人的效用

眾所周知，高壓輸電鐵塔的巡檢工作由于環境、設備的特點，使得人員的在工作面臨著一定的挑戰，甚至存在高空掉落的風險。所以，為了能夠有效的解決高壓輸電鐵塔檢修工作存在的問題，應該大力發展并應用自動化技術——攀爬巡檢機器人。具體而言，攀爬巡檢機器人就是以矩形框架結構的形式設計其手爪，而這樣的設計并能夠加大機器人與鐵塔之間受力面積，進而降低脫落的可能性，保障工作的質量與效率。在應用的過程中，攀爬巡檢機器人能夠鐵塔上自主的攀爬，當機器人攀爬至輸電塔主材的輸電塔上時，攀爬巡檢機器人在牽引模塊的牽引下實現連接。基于這一前提，攀爬巡檢機器人能夠在運行的過程中開監測、維護的工作，甚至能夠將監測的設備安裝在制定位置，實現了實時監測輸電鐵塔狀態的目的，以便能夠及時排除輸電中存在的安全隱患，提高輸電的穩定性。

二、高壓輸電鐵塔攀爬巡檢機器人的技術

本文中的高壓輸電鐵塔攀爬巡檢機器人，主要包括伸縮模塊、第一夾持模塊與第二夾持模塊，無論哪一個夾持模塊中，其兩側均設置了牽引模塊，該牽引模塊能夠驅動伸縮模塊運動，進而帶動第一夾持模塊、第二個夾持模塊移動，實現攀爬。實際上，夾持模塊主要包括手爪、短桿（帶滾子）、導向筒、滑筒、夾持驅動連桿、夾持驅動螺母、夾持驅動絲杠套筒、夾持驅動絲杠、夾持驅動聯軸器、夾持驅動電機以及箱體等部分[1]。

在設計攀爬巡檢機器人的過程中，具體的方案為：（1）夾持驅動電機位于箱體內部的中軸線位置；（2）夾持驅動絲杠套筒則垂直的貫穿于箱體的中心；（3）導向筒與箱體連接之前應該橫穿于箱體的側面；（4）夾持驅動電機基于平鍵，使自身的輸出軸與夾持驅動聯軸器相互連接，而聯軸器的另外一側則與驅動絲杠相連；（5）夾持驅動絲杠、夾持驅動螺母相互組合形成螺旋副，另外夾持驅動連桿的與螺母鉸接，同時在驅動絲杠套筒中夾持驅動螺母能夠自由移動；（6）夾持驅動的另外一側應該與滑筒鉸接；（7）夾持驅動絲杠的軸線與滑筒軸線相互垂直，同時滑筒的一側與導向筒相連，而其另一側被安裝了V型的矩形擋片；（8）機器人的手爪是由兩個“日”字的矩形框架構成的，而框架的一端與箱體的兩側發生鉸接，而其另一端則屬于自由端，在框架的自由端上，設置了向內彎曲的L型抓鉤，而其中部的內側則設置了滑槽；（9）短桿中的滾子分別在手爪、手爪滑槽中，形成了具體的高副。

三、高壓輸電鐵塔攀爬巡檢機器人的優化

為了能夠進一步發揮攀爬巡檢機器人的功能，需要結合實際對其設計進行優化，具體的方案如下：

（1）將機器人手爪的矩形結構設計為中間淺V型的結構，當兩側的爪鉤在閉合狀態時，矩形結構的自由端能夠相互平行；

（2）在上述的設計方案中，滑筒的一端設置了矩形擋片，而在優化的過程中應該使矩形的外側面、滑筒

軸線、絲杠軸線形成45度的夾角；

（3）機器人的伸縮模塊包括伸縮套筒、伸縮內套筒、滑塊支座、滑塊、剪叉機構、伸縮驅動絲杠支座、伸縮驅動螺母、伸縮驅動絲杠、伸縮驅動聯軸器、伸縮驅動電機。其中，剪叉機構是基于銷釘鉸接由若干個連桿構成的；箱體上應該安裝伸縮內套筒、伸縮外套筒、滑塊支座、絲杠支座以及驅動電機等，從而實現驅動的目的；在滑動支座中安裝滑塊，在驅動狀態下做直線運動，剪叉機構一段與螺母鉸接，一端與滑塊鉸接，從而提高各部件之間的默契度；

（4）牽引模塊主要包括卷筒、卷筒軸、牽引驅動聯軸器、牽引驅動電機，牽引驅動電機固定在支架上，而支架固定在箱體的側面，電機的輸出與聯軸器相連，卷軸的軸承固定在支架上，實現各個部件的固定連接；

（5）當伸縮模位于第二加持模塊中時，牽引模塊則應該安裝在第一加持模塊上，反之則相互調換位置；

（6）如果在巡檢的過程中，需要同時監測四個塔片，則應該使用四個攀爬巡檢機器人分別開始工作，并在每個塔片中安裝兩條牽引繩，同時加入檢測、維護的基本裝置，隨著機器人的移送，牽引繩便能夠對鐵塔開展全方位為檢測工作[2]。

基于上述設計，豐富了攀爬巡檢機器人的功能，各個部件相互協調，發揮作用，進而實現了機器人的功能。例如：將攀爬巡檢機器人應用在高壓輸電鐵塔的檢修中，手爪、導向筒發揮其功能，使其在角鋼上自由行使，并將相關的數據傳輸給地面的工作人員，為其制定工作計劃提供參考依據。

四、結語

綜上所述，將攀爬巡檢機器人應用在高壓輸電鐵塔的監測、維護等工作中，能夠提高檢修工作定的效率，降低工作人員的工作強度。以此為基礎，攀爬巡檢機器人在運行的過程中，實現了同時監測四個塔片的目標，提高了監測、維護工作的效率，保證了角鋼的可靠性。所以，為了能夠提高輸電的安全性、穩定性，可以大力推廣攀爬巡檢機器人，為電網的發展提供保障。

參考文獻：

[1]熊鵬文.核電站巡檢與應急處理機器人的關鍵技術研究[D].東南大學，2015.

[2]葉林佶.超高壓輸電線路巡檢機器人控制系統的研究與實現[D].重慶大學，2015.