自行式電纜管溝檢查機器人的研制

陳 曉

國網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

現在的電力電纜采用預埋管方式進行敷設，預埋好的電纜管溝在時間長后容易出現壓癟或損壞等情況。在開展新電纜敷設時，對于地下已經埋好的管內部的狀態未知，當出現管內堵塞等情況時，常常會出現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部穿管作業，拍攝管子內部的狀態，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運行人員，方便工作人員隨時查看管內部的異常情況并確定管內堵塞的大概位置。該裝置可采用與電力電纜直徑相同的圓形尺寸并可調節直徑大小的方式，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表。

2 設計方案

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

驅動裝置為該檢查機器人的動力驅動裝置，安裝于該裝置的底部，通過電機驅動。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，開設的四個電機固定孔用于安裝固定電機，開設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，可正轉和反轉。連接法蘭為連接電機和納姆輪使用，設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，用于將電機的轉動力傳導至連接法蘭，輪安裝孔用于將納姆輪連接固定在連接法蘭，以便于將電機的轉動力傳至納姆輪。

納姆輪為裝置的行駛驅動輪盤，按旋轉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帶動時，納姆輪產生的圓周方向力抵消，只剩軸向前后運動的力，實現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，并可調節三個行走輪的開口大小從而改變裝置的行走直徑。工業相機為工業用錄像相機，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，可通過傳輸的GPS信號來判斷精確定位，定位完成后，操作人員控制電機反轉，將裝置緩慢倒退出來，并關上電源鍵；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

本文研制的自行式電纜管溝檢查機器人在管內通行能力強，可通過的管徑的調節范圍大，彈簧式的設計具有減震避震功能，納姆輪的圓柱形的設計使得該裝置在管內可以以任意姿態和角度行走，同時該裝置具有前進倒退功能，可實時控制；結構簡單、組裝方便、內部集成度高，結構牢固，耐用性強；工業相機可在管內無光線時拍攝，可通過控制器實時傳輸錄像并發現管內的異常情況，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，可將管內障礙位置的精準定位發送給工作人員；工作人員在地面通過控制器，在較短的時間即可實現管溝的內部檢查，避免了貫穿電纜時遇到障礙再繼續采取清理措施的低下效率。