基于多自由度機器人的電力線巡檢研究

魏 偉，楊 帥，李濟時

（沈陽科技學院 信息與控制工程系，遼寧 沈陽 110000）

0 引 言

電力行業是人們基礎生活的保障，因此，其安全性是至關重要的[1]。輸電線路是電網的重要組成部分之一，線路巡檢能夠保證輸電線路安全的運行，能夠及時發現電力線的安全隱患，預防電力線故障的發生，或者縮小故障發生的范圍。

隨著機器人技術的發展，利用機器人對電力線路進行安全巡檢備受關注，也是當前電力線巡檢技術的發展趨勢。基于此，提出了基于多自由度機器人的電力線巡檢研究。

1 電力線巡檢技術框架

根據電力線路巡檢的要求，確定多自由度機器人需要獲取的信息和作業方式[2]。圖1為電力線路巡檢技術框架。

圖1 電力線路巡檢技術框架

2 電力線巡檢作業流程

多自由度機器人電力線巡檢分為三個步驟，需要先對原始的數據進行采集，制作機器人電力線路巡檢的任務計劃。再通過快速巡檢的模式獲取相關幾何位置信息、數字地形模型、線路激光點云等相關信息。然后利用獲取的激光點云等制作巡檢任務計劃，為后續對電力線路進行故障診斷和分析做準備[3]。

控制器主要根據傳感器傳輸信號判斷多自由度巡檢機器人的具體位置，然后根據具體位置對其進行控制，給出左右機械臂的運行速度差。對速度進行規劃后可以確保多自由度巡檢機器人整體速度不變，使其多自由度巡檢機器人趨于穩定。在這種情況下，確定巡檢機器人左右機械臂的理想運行速度，實現多自由度巡檢機器人的速度閉環控制。

3 基于多自由度機器人的電力線巡檢研究

根據上述電力線巡檢需求，設計了一種多自由度電力線巡檢機器人。電力線巡檢機器人主要依附在高壓輸電線上進行作業，與普通機器人不同，巡檢機器人的運動形式會受到電力線的影響，會對巡檢機器人的運動形式形成阻礙。因此，要根據具體的巡檢環境和作業內容對巡檢機器人進行設計。

3.1 結構和越障機構設計

電力線巡檢機器人的每個關節視為一個自由度來進行計算，本文設計的多自由度機器人共有5個自由度。主要是通過機械臂旋轉方式跨越電力線中的障礙。具有三個機械臂，可以進行相對旋轉運動，對障礙物進行跨越。多自由度機器人在跨越障礙物時，主要通過機械臂中的旋轉機構來實現。其中的升降機構可以和旋轉機構完美合作，對驅動機構和夾緊機構進行驅動，使其在電力線上進行轉動和移動，從而成功跨越障礙物。多自由度機器人工作時主要是由驅動機構提供動力，升降機構來提供支撐動力。

多自由度機器人的核心機構是越障機構。越障機構設計主要包括旋轉機構、升降機構、驅動機構和夾緊機構，本文主要介紹旋轉機構和夾緊機構的設計。

3.2 多自由度機器人在電力線巡檢中的利弊

利用多自由度巡檢機器人進行電力線巡檢工作時，能夠自動進行巡檢，自動跨越障礙物進行巡檢。通過預先對機器人進行設置，能夠準確的收集可見光圖像等重要信息，并且存儲在機器人中，為后續工作做準備。在巡檢結束后，工作人員只需對機器人收集到的信息進行分析，并進行相應的處理，從而準確的找到故障所在。但是，在使用過程中也存在一定的弊端，由于電力線巡檢機器人的技術還不夠完善，因此，當機器人出現故障時，維修時間和費用相對較高。圖2為多自由度機器人的巡檢過程圖。

圖2 多自由度機器人巡檢過程

4 實驗結果與分析

為了保證多自由度機器人的有效性，需要設計實驗對其進行驗證。在實驗過程中，將多自由度機器人作為實驗對象，觀察實驗對比結果。在實驗過程中，將傳統巡檢機器人稱為對照組，設計的巡檢機器人稱為實驗組。

4.1 數據準備

為了盡可能保障實驗結果的準確性，需要對實驗過程中的參數進行相應設置，本文采用的是兩種不同的巡檢機器人對電力線進行巡檢。因此，在實驗過程中必須保證外部環境參數的一致。實驗參數設置結果如表1所示。

表1 實驗參數設置結果

4.2 實驗對比結果

在實驗過程中，由于采用的巡檢機器人不同。因此，引用第三方軟件對其實驗數據進行記錄和分析。主要通過巡檢機器人巡檢速度驗證機器人的有效性。實驗對比結果如圖3所示。

圖3 實驗對比結果

如圖3所示，實驗組巡檢速度均高于對照組。實驗組巡檢速度最高值達到50 m/min，平均速度可以達到40 m/min。而對照組巡檢速度最高值為23 m/min，平均速度為15 m/min。由曲線和數據均可以看出，實驗組巡檢速度比對照組的高出25 m/min，說明多自由度巡檢機器人具備極高的有效性。

5 結 論

綜上所述，分析了電力線巡檢技術，根據電力線巡檢需求設計了多自由度巡檢機器人，并進行實驗驗證。雖然在巡檢速度上有了質的提高，但是，依然有很大的進步空間，需要對其進行進一步的研究。