配網帶電維護移動機器人可用工器具及控制系統的探究

陳柏希 趙鑌 趙毅林 劉韻涵

摘 要：本文主要開展帶電維護移動機器人的控制系統，旨在更好的滿足變電站帶電維護需求，旨在研究專門的自動剝皮器，更好的開展高壓帶電作業，這一設備的結構設計比較簡單，機器人可以實現夾持操作。且該設備的絕緣性較好，性能安全，可靠，還可以實現遠程遙控。

關鍵詞：變電站設備;控制系統;帶電維護;移動機器人

高壓帶電作業，可確保供電設備的安全運行，確保設備的可靠性，以此實現經濟效益的提升。就實際情況而言，當前的高壓帶電作業剝皮器均為手動操作，絕緣性與防護性較低，操作過程中的不安全因素較大。

1 手動剝皮器的分析、設計經驗

1.1 特點分析

操作人手動施加壓力，將刀具刺入到導線絕緣層內;進行刀具螺旋切削，操作人員雙手旋轉，形成M形狀的刀偶，沿著軸向，進行刀具推動，其結構如下圖1所示。

操作人員停止軸向的進給，導線為刀具環切，將其自動斷屑。此部分刀具的截面為月牙型，三面均設置有刀刃，中間可進行排屑操作，以此避免切屑與導線性成纏繞。

選擇的是棘輪傳動式的手動剝皮器，促使雙彈簧的棘爪在傳動位置上，且可以開口位置保持一致。機械臂開展直線插補傳動，驅動刀具進行相應的運動，刀具與導線傾斜，借助切削分力，以此實現軸向給進。借助相應的潤滑脂，報站切削的合理性。在多次棘輪傳動式剝皮器實驗過程中，其工藝設計比較可靠，加工精準度較高，可確保切削效率與質量。

1.2 原理分析

機器人專用剝皮器，本身由壓緊、棘輪驅動組成，結合架空導線的作業特點，其工作原理包括：1.導線可開展夾緊作業，機械臂能夠手抓導線，以此發揮支撐作用，可以更好的固定導線，如此便可實現切削力作用，促使導線在作用力下扭轉變形，以此完成切削作業。2.操作人員將導線壓緊，固定，促使其存在于刀具V型槽內，更好的調節螺栓，并將其擰緊，接著進行壓刀作業，注重刀具切入絕緣層深度的控制，確保裸露在外的切近深度適宜。合理調整刀具的傾斜角度，促使其朝著導線的直徑心移動。3.確保其可為機械手抓、刀具固連約束，促使其在導線上開展自由運動。4.刀具切削刀刃的設計本身具備較強的特殊性，應當適當的進行產銷分力。

2 變電站設備帶電維護移動機器人系統

移動機器人控制系統能夠整合任務認知、動態行為及動態分解（決策）、執行、控制等融為一體，能夠為變電站設備機器人適應環境提供便捷。設計的控制系統，可實現人機交互局部控制，能夠切實滿足維護需求。

2.1 復雜混合式分層控制系統

綜合考慮高壓電的變電站環境，帶電維護作業及任務需求等，判斷系統的安全性、靈活性、穩定性、開放性與可控性，其控制系統如下圖3所示。該設計能夠將機器人對變電站環境、設備內部信息的感知能力提升。

該機器人本身為混合式的分層控制系統，將控制、規劃、感知、通訊與調度納入其中。整個控制系統可大致劃分為上位機、機器人信息處理、機器人車載控制，人機交互策略顯著，智能調節控制明顯，可切實滿足移動機器人在高壓變電站中的相關作業需求，作業開展安全要求。

2.2 維護任務運動控制的實現

2.2.1 Motion Perfect 軟件介紹

變電站的帶電維護移動機器人，其程序均是在這一軟件上，并使用Trio BASIC 邏輯語言開展程序編寫。本程序編寫選擇的是最新版本，系統運用的最新微軟，著重進行NET和WPF技術開發，可連接到PC，提供廣泛的安裝運行環境。在Windows XP（7）系統上，也可穩定運行。軟件界面上，能夠調取各個軸電機的情況，掌握相應的信息，查看子程序的運行情況，反映出機器人當前運行情況與外部設備運行情況[4]。

2.2.2維護任務運動控制策略

變電站帶電設備主要是維護機器人開展任務控制，如下圖4所示。該系統主要劃分為子系統、機械運動控制子系統。

通過控制維護機器人管控系統，預設?？奎c（該點位由預埋的RFID標志位決定）。停靠之后，子系統控制機械臂的運動，促使相應的工具開展維護作業及相關任務。

這一控制方式的應用，不會存在復雜控制的情況，其可實現協同運動?？刂品椒ê唵?，可確?？刂品€定，其精度較高，可更好的滿足帶電維護作業需求。

2.2.3 子程序設計

移動機器人運行維護期間，不管是自主狀態，還是遠程遙控下的運行，其運動均需要子程序的支持。該程序的應用，能夠維護機器人的左右、前后、旋轉等運行作業。

2.3上位機控制系統的設計

為更好的將變電站設備帶電維護移動機器人交互功能凸顯出來，本文設計的是一個有利于維護人員操作的控制系統，上位機控制系統的應用，可更好的滿足系統功能需求，為后期的維護與擴展提供便捷。本文運用編程語言（C#），完成該機器人的上位機設計。上機位控制系統如下圖5所示，可更好的維護移動機器人的上位機控制結構，實現多個任務同時操作，多個窗口同時顯示。

3 結束語

綜上所述，為了更好的開展變電站帶電設備移動機器人系統的設計工作，實現自動化辦公，確保機器人的安全性與靈活性，本文提出一種混合式的分層控制系統。系統內細致劃分為調度、通訊、感知、規劃與控制幾個層面。詳細的介紹了上機位、信息處理系統、車載控制系統積分部分的職責，探索其功能。簡單介紹了機器人運動控制，給出了運動控制策略，完成了子程序的設計。為實現人機交互功能的有效維護，本文還設計了上位控制系統。最終開展了變電站環境模擬，開展現場實驗，最終結果表明效果良好。

參考文獻：

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[4]張營. 變電站設備帶電維護移動機器人控制系統研究[D].山東建筑大學，2017，43（04）：109-114.

項目名稱（配網帶電作業智能機械臂關鍵技術及應用研究）和項目編號（050100KK52170012）

（云南電網有限責任公司昆明供電局? 云南? 昆明? 650000）