電力系統(tǒng)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與展望

王翔

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211100）

電力系統(tǒng)的構(gòu)成主要有架空輸電線和地下輸電線，而架空輸電線路不僅會(huì)受外界各種環(huán)境因素的影響，而且要承受線路自身在運(yùn)行中所產(chǎn)生的壓力。地下輸電線路大部分使用的是電力電纜，但要定期進(jìn)行巡檢，在巡檢的過程中存在許多不安全因素，而且成本大，如果在電力系統(tǒng)中引入機(jī)器人技術(shù)不僅提高了巡檢的工作效率，而且降低了巡檢工作人員的危險(xiǎn)。

1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡控制，是應(yīng)用于電力系統(tǒng)以及其他工作場(chǎng)景里最重要的技術(shù)指標(biāo)之一。

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡滿足剛體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，圖1中{XW，YW，O}為世界坐標(biāo)系，{X,Y,O}為移動(dòng)坐標(biāo)系，PX為機(jī)器人前進(jìn)方向。智能軌跡機(jī)器人運(yùn)動(dòng)主要取決于控制參數(shù)以及系統(tǒng)在空間中的運(yùn)動(dòng)其二者間的聯(lián)系。當(dāng)機(jī)器人的位姿為（x，y，θ）時(shí)，機(jī)器人利用差動(dòng)輪的速度（Vr,Vl）來確定，通用公式如下：

其中，Vr,Vl分別為左右輪的驅(qū)動(dòng)速度，l為左右輪之間的舉例，r為機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)半徑。

2 電力系統(tǒng)架空線巡檢中機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)是把電力通過發(fā)電廠傳輸?shù)捷旊娋W(wǎng)絡(luò)的一種工程系統(tǒng)，主要的傳輸線路有架空輸電線路、地下輸電線路以及海底電纜三種。巡檢機(jī)器人可以對(duì)架空輸電線路以及地下輸電線路進(jìn)行檢查和維護(hù)。相關(guān)工作人員可以通過遠(yuǎn)程操作使機(jī)器人進(jìn)行巡檢工作。如圖2為遠(yuǎn)程控制機(jī)器人進(jìn)行巡檢工作。在電力系統(tǒng)的巡檢工作中主要有三種機(jī)器人運(yùn)用在這個(gè)領(lǐng)域，爬行機(jī)器人、關(guān)節(jié)帶自鎖裝置機(jī)器人、三機(jī)械臂機(jī)器人等。

圖1 坐標(biāo)系圖

2.1 爬行機(jī)器人在架空線巡檢中的應(yīng)用

圖2 遠(yuǎn)程控制機(jī)器人進(jìn)行巡檢

架空輸電線路的電力輸送的距離較長(zhǎng)，它關(guān)系到電力系統(tǒng)的整體質(zhì)量，在架空輸電線路的巡檢工作中，主要通過原線爬行機(jī)器人以及飛行機(jī)器人進(jìn)行巡檢工作。圖3為爬行機(jī)器人的一種類型。機(jī)器人在無越障功能的架空電力輸電線路中，自身只能做好兩個(gè)線塔之間的的電力輸送線路的檢查工作，而且這種機(jī)器人不是全智能的，需要相關(guān)工作人員的幫助，兩機(jī)械臂機(jī)器人在進(jìn)行巡線工作時(shí)就是這樣的。圖4為兩機(jī)械臂機(jī)器人，這種機(jī)器人在進(jìn)行巡檢工作時(shí)，如果遇到障礙物，就會(huì)自動(dòng)停止往前，而且會(huì)使用前臂抓牢導(dǎo)線，機(jī)器人下面的滑塊會(huì)立即自動(dòng)滑到機(jī)器人前臂的下面，以此來降低力矩。通過機(jī)器人的兩臂合作跨過障礙物。

2.2 三機(jī)械臂機(jī)器人在架空線巡檢中的應(yīng)用

在輸電線路的巡檢中，三機(jī)械臂機(jī)器人的功能更加強(qiáng)大，它能夠跨越更大的障礙物，三機(jī)械臂機(jī)器人主要有導(dǎo)輪架、臂架以及中心架三個(gè)部分組成，三機(jī)械臂機(jī)器人通過導(dǎo)輪可以在導(dǎo)線上進(jìn)行自由移動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人發(fā)現(xiàn)前面存在障礙物阻擋前進(jìn)的時(shí)候，臂架就會(huì)自動(dòng)抓住障礙物旁邊的導(dǎo)線，越過障礙物。但是三機(jī)械臂機(jī)器人在進(jìn)行作業(yè)的時(shí)候操作起來比較難掌控。圖5為三機(jī)械臂機(jī)器人跨越障礙物的過程。

圖3 爬行機(jī)器人

圖4 兩機(jī)械臂機(jī)器人

圖5 三機(jī)械臂機(jī)器人跨越障礙物的過程

3 電纜管道巡檢機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀

管道機(jī)器人是非常先進(jìn)的管道檢測(cè)儀器，在管道檢測(cè)方面就有較大的潛力，目前已有管道檢測(cè)機(jī)器人可以在黑暗、潮濕的環(huán)境下進(jìn)行檢測(cè)工作，而且靈活性較好，可操作性較強(qiáng)，可以對(duì)管道探測(cè)、管道疏通以及敷設(shè)電纜線的工作進(jìn)行相關(guān)的輔助。但在，實(shí)際的操作過程中還存在因碰撞產(chǎn)生的接觸不良的問題。

4 智能機(jī)器人在電力行業(yè)客服中心的應(yīng)用現(xiàn)狀

根據(jù)世界權(quán)威的 IT 研究和顧問咨詢公司的統(tǒng)計(jì)在全世界1000強(qiáng)的企業(yè)中，有五分之一以上的企業(yè)已經(jīng)通過智能機(jī)器人來提高企業(yè)的服務(wù)水平及競(jìng)爭(zhēng)力，從這可以看出，智能機(jī)器人在客服領(lǐng)域的運(yùn)用已經(jīng)是社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)。此外，電力企業(yè)還在智能機(jī)器人中導(dǎo)入質(zhì)檢規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)自動(dòng)篩查以及人工審核確認(rèn)等方式，使智能機(jī)器人的服務(wù)質(zhì)量不斷提高。

5 機(jī)器人系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)要求

5.1 機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)滿足的要求

這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程操縱定軌巡視機(jī)器人為例進(jìn)行分析，因?yàn)槎ㄜ壯惨暀C(jī)器人的工作環(huán)境是在室外或是磁場(chǎng)與電場(chǎng)都較強(qiáng)的地方。這就要求機(jī)器人必須能夠有不受磁場(chǎng)或其它因素干擾的功能，在工作的時(shí)候?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的相關(guān)信息可以進(jìn)行準(zhǔn)確及時(shí)的監(jiān)測(cè)和傳遞，這給機(jī)器人的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和性能增加了難度。機(jī)器人應(yīng)該滿足以下的基本條件：能夠穩(wěn)定快速的提供電源；機(jī)器人要易于拆卸和重裝、易于定位；機(jī)器人的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)必須合理、容易更換；機(jī)器人要有一定強(qiáng)度和硬度，并且耐腐蝕、耐磨。

5.2 機(jī)器人系統(tǒng)的功能

移動(dòng)載體的設(shè)計(jì)：移動(dòng)載體使用的是內(nèi)嵌輪式機(jī)構(gòu)，帶有有前進(jìn)和加緊裝置，而且能夠防靜電、抗惡劣電磁環(huán)境。嵌入式控制系統(tǒng)：高效集成，基本實(shí)現(xiàn)對(duì)小車的運(yùn)行系統(tǒng)、定點(diǎn)采集傳輸系統(tǒng)和基于傳感器信息處理的音視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。音視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：能夠?qū)σ纛l、視頻進(jìn)行及時(shí)有效的監(jiān)測(cè)，能夠根據(jù)工作現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況在相應(yīng)的軌道上進(jìn)行信息采集，再通過光纖進(jìn)行信息傳播。定點(diǎn)采集系統(tǒng)：運(yùn)用射頻 IC 卡的相關(guān)原理對(duì)采集點(diǎn)進(jìn)行采集信息的位置定位，并自動(dòng)進(jìn)行光纖端口對(duì)接以及相關(guān)信息的傳遞。上位機(jī)系統(tǒng)：能使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)巡檢的目的，控制其進(jìn)行相關(guān)的作用，能夠收集觀測(cè)到的音視頻信號(hào)。

6 電力系統(tǒng)其他領(lǐng)域中機(jī)器人的應(yīng)用

鐵塔攀爬作業(yè)可以應(yīng)用電力鐵塔攀爬機(jī)器人進(jìn)行，首先，這種機(jī)器人可以檢查高壓電鐵塔以及鐵塔的相關(guān)附件的損失情況和所存在的問題等，同時(shí)也可以為絕緣子清掃以及機(jī)器人巡檢提供相應(yīng)的載體，完成絕緣子的清掃工作以及相關(guān)輸電線路的檢測(cè)工作。其次，可以通過機(jī)器人對(duì)太陽能電池板進(jìn)行控制，把太陽能電池通過機(jī)器人相太陽傾斜相應(yīng)的角度，可以提高太陽能電池板的發(fā)電電量。最后是可以利用機(jī)器人進(jìn)行電力鐵塔的焊接工作，目前已有相應(yīng)的機(jī)器人可以完成此項(xiàng)工作，這種機(jī)器人的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，體積較小，但是工作效率較高。

7 結(jié)語

根據(jù)文中所述，不同的工作要選用不同類型的機(jī)器人，才達(dá)到較好的效果。可無論是哪一種機(jī)器人都有自身的優(yōu)點(diǎn)及不足，只有解決這些不足，才能使機(jī)器人的應(yīng)用更加便捷，效果更好。電力系統(tǒng)機(jī)器人因?yàn)楣ぷ鞯沫h(huán)境比較特殊，因此必須具備較好的實(shí)用性，能夠根據(jù)環(huán)境的變化進(jìn)行調(diào)整。另外電力系統(tǒng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)要盡量簡(jiǎn)單，體積較小，重量較輕。總而言之，要不斷提高相關(guān)的技術(shù)，對(duì)機(jī)器人的研究不斷創(chuàng)新，才能解決好目前機(jī)器人應(yīng)用的不足。