自行式電纜管溝檢查機器人的研制

陳 曉

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司常州供電分公司 江蘇 常州 213000

1 研究背景

現(xiàn)在的電力電纜采用預(yù)埋管方式進行敷設(shè)，預(yù)埋好的電纜管溝在時間長后容易出現(xiàn)壓癟或損壞等情況。在開展新電纜敷設(shè)時，對于地下已經(jīng)埋好的管內(nèi)部的狀態(tài)未知，當出現(xiàn)管內(nèi)堵塞等情況時，常常會出現(xiàn)電纜無法穿動的情況，這才需要采用費用昂貴的高壓水槍進行沖洗等操作，導(dǎo)致效率低下、費時費力。若可研制一種在電纜穿管前就可以進行電纜管溝檢查的機器人，在穿管前利用該裝置提前進行一遍內(nèi)部穿管作業(yè)，拍攝管子內(nèi)部的狀態(tài)，是否被壓癟、破壞或有異物等，該裝置拍攝的視頻可通過無線或者藍牙傳回給地面的電網(wǎng)運行人員，方便工作人員隨時查看管內(nèi)部的異常情況并確定管內(nèi)堵塞的大概位置。該裝置可采用與電力電纜直徑相同的圓形尺寸并可調(diào)節(jié)直徑大小的方式，以驗證在檢查裝置可穿過的情況下，電力電纜也可順利穿過。且該類檢查機器人未見公開發(fā)表。

2 設(shè)計方案

本文設(shè)計的自行式電纜管溝檢查機器人，包括驅(qū)動裝置，納姆輪、四爪卡盤、連接支架、電池包、控制器、三爪卡盤、行走輪、工業(yè)相機。

驅(qū)動裝置為該檢查機器人的動力驅(qū)動裝置，安裝于該裝置的底部，通過電機驅(qū)動。包括電機支架、電機、連接法蘭。電機支架為支撐電機的支撐件，開設(shè)的四個電機固定孔用于安裝固定電機，開設(shè)的三個卡盤固定孔用于電機支架與四爪卡盤固定。電機為市售常見的直流電機，可正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。連接法蘭為連接電機和納姆輪使用，設(shè)有電機安裝孔和輪安裝孔；電機安裝孔用于將電機與連接法蘭固定，用于將電機的轉(zhuǎn)動力傳導(dǎo)至連接法蘭，輪安裝孔用于將納姆輪連接固定在連接法蘭，以便于將電機的轉(zhuǎn)動力傳至納姆輪。

納姆輪為裝置的行駛驅(qū)動輪盤，按旋轉(zhuǎn)順序可分為順納姆輪和逆納姆輪，在該檢查機器人的底部，通過連接法蘭裝設(shè)有四個納姆輪，相對角的納姆輪不同，這樣通過電機的正反轉(zhuǎn)帶動時，納姆輪產(chǎn)生的圓周方向力抵消，只剩軸向前后運動的力，實現(xiàn)檢查裝置的前后運動。

四爪卡盤為常見的機床用件，用于安裝四只驅(qū)動輪。連接支架用于連接前后的四爪卡盤和三爪卡盤，并固定電池包、控制器。支撐板、支撐條、連接孔。支撐板用于與前后的卡盤進行固定，支撐條用于該裝置的整體支撐連接，連接孔用于支撐板與四爪卡盤和三爪卡盤連接。電池包為常見的鋰電池，用于給控制器和工業(yè)相機供電。控制器為該檢查裝置的控制模塊。用于將控制四個電機的正反轉(zhuǎn)以及GPS定位和圖像傳輸。三爪卡盤為常見的機床件，可用于安裝行走輪，并可調(diào)節(jié)三個行走輪的開口大小從而改變裝置的行走直徑。工業(yè)相機為工業(yè)用錄像相機，具備防水防抖等功能，具備紅外夜拍功能。安裝于頂部的三爪卡盤頂部中間位置。

圖1 自行式電纜管溝檢查機器人

3 實施方法

當需要使用該電纜管溝檢查裝置時，由工作人員將開啟電源鍵(開關(guān)未在圖中標注)，行走功能和相機的拍攝功能并啟動，將裝置放入需要檢查的管溝的管口中，由工作人員操作控制器，使得檢查裝置緩慢向前行駛并攝像，影像實時傳回地面，工作人員可實時觀測管內(nèi)狀況，若遇到不可通行的障礙物，則操作人員停止裝置的前進，可通過傳輸?shù)腉PS信號來判斷精確定位，定位完成后，操作人員控制電機反轉(zhuǎn)，將裝置緩慢倒退出來，并關(guān)上電源鍵；若檢查裝置全程沒有遇到障礙，則證明該管溝通暢通，裝置將自動駛出管溝。

4 總結(jié)

本文研制的自行式電纜管溝檢查機器人在管內(nèi)通行能力強，可通過的管徑的調(diào)節(jié)范圍大，彈簧式的設(shè)計具有減震避震功能，納姆輪的圓柱形的設(shè)計使得該裝置在管內(nèi)可以以任意姿態(tài)和角度行走，同時該裝置具有前進倒退功能，可實時控制；結(jié)構(gòu)簡單、組裝方便、內(nèi)部集成度高，結(jié)構(gòu)牢固，耐用性強；工業(yè)相機可在管內(nèi)無光線時拍攝，可通過控制器實時傳輸錄像并發(fā)現(xiàn)管內(nèi)的異常情況，以便讓工作人員判斷采用何種疏通方式或及時更換使用的管道；具備GPS定位功能，可將管內(nèi)障礙位置的精準定位發(fā)送給工作人員；工作人員在地面通過控制器，在較短的時間即可實現(xiàn)管溝的內(nèi)部檢查，避免了貫穿電纜時遇到障礙再繼續(xù)采取清理措施的低下效率。