配網(wǎng)帶電維護移動機器人可用工器具及控制系統(tǒng)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(tǒng)，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(yè)，這一設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計比較簡單，機器人可以實現(xiàn)夾持操作。且該設(shè)備的絕緣性較好，性能安全，可靠，還可以實現(xiàn)遠程遙控。

關(guān)鍵詞：變電站設(shè)備;控制系統(tǒng);帶電維護;移動機器人

高壓帶電作業(yè)，可確保供電設(shè)備的安全運行，確保設(shè)備的可靠性，以此實現(xiàn)經(jīng)濟效益的提升。就實際情況而言，當(dāng)前的高壓帶電作業(yè)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(shè)計經(jīng)驗

1.1 特點分析

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

操作人員停止軸向的進給，導(dǎo)線為刀具環(huán)切，將其自動斷屑。此部分刀具的截面為月牙型，三面均設(shè)置有刀刃，中間可進行排屑操作，以此避免切屑與導(dǎo)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(qū)動刀具進行相應(yīng)的運動，刀具與導(dǎo)線傾斜，借助切削分力，以此實現(xiàn)軸向給進。借助相應(yīng)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(shè)計比較可靠，加工精準(zhǔn)度較高，可確保切削效率與質(zhì)量。

1.2 原理分析

機器人專用剝皮器，本身由壓緊、棘輪驅(qū)動組成，結(jié)合架空導(dǎo)線的作業(yè)特點，其工作原理包括：1.導(dǎo)線可開展夾緊作業(yè)，機械臂能夠手抓導(dǎo)線，以此發(fā)揮支撐作用，可以更好的固定導(dǎo)線，如此便可實現(xiàn)切削力作用，促使導(dǎo)線在作用力下扭轉(zhuǎn)變形，以此完成切削作業(yè)。2.操作人員將導(dǎo)線壓緊，固定，促使其存在于刀具V型槽內(nèi)，更好的調(diào)節(jié)螺栓，并將其擰緊，接著進行壓刀作業(yè)，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(diào)整刀具的傾斜角度，促使其朝著導(dǎo)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(dǎo)線上開展自由運動。4.刀具切削刀刃的設(shè)計本身具備較強的特殊性，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)倪M行產(chǎn)銷分力。

2 變電站設(shè)備帶電維護移動機器人系統(tǒng)

移動機器人控制系統(tǒng)能夠整合任務(wù)認(rèn)知、動態(tài)行為及動態(tài)分解（決策）、執(zhí)行、控制等融為一體，能夠為變電站設(shè)備機器人適應(yīng)環(huán)境提供便捷。設(shè)計的控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)人機交互局部控制，能夠切實滿足維護需求。

2.1 復(fù)雜混合式分層控制系統(tǒng)

綜合考慮高壓電的變電站環(huán)境，帶電維護作業(yè)及任務(wù)需求等，判斷系統(tǒng)的安全性、靈活性、穩(wěn)定性、開放性與可控性，其控制系統(tǒng)如下圖3所示。該設(shè)計能夠?qū)C器人對變電站環(huán)境、設(shè)備內(nèi)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(tǒng)，將控制、規(guī)劃、感知、通訊與調(diào)度納入其中。整個控制系統(tǒng)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(diào)節(jié)控制明顯，可切實滿足移動機器人在高壓變電站中的相關(guān)作業(yè)需求，作業(yè)開展安全要求。

2.2 維護任務(wù)運動控制的實現(xiàn)

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(tǒng)運用的最新微軟，著重進行NET和WPF技術(shù)開發(fā)，可連接到PC，提供廣泛的安裝運行環(huán)境。在Windows XP（7）系統(tǒng)上，也可穩(wěn)定運行。軟件界面上，能夠調(diào)取各個軸電機的情況，掌握相應(yīng)的信息，查看子程序的運行情況，反映出機器人當(dāng)前運行情況與外部設(shè)備運行情況[4]。

2.2.2維護任務(wù)運動控制策略

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

通過控制維護機器人管控系統(tǒng)，預(yù)設(shè)?？奎c（該點位由預(yù)埋的RFID標(biāo)志位決定）。?？恐?，子系統(tǒng)控制機械臂的運動，促使相應(yīng)的工具開展維護作業(yè)及相關(guān)任務(wù)。

這一控制方式的應(yīng)用，不會存在復(fù)雜控制的情況，其可實現(xiàn)協(xié)同運動。控制方法簡單，可確保控制穩(wěn)定，其精度較高，可更好的滿足帶電維護作業(yè)需求。

2.2.3 子程序設(shè)計

移動機器人運行維護期間，不管是自主狀態(tài)，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(yīng)用，能夠維護機器人的左右、前后、旋轉(zhuǎn)等運行作業(yè)。

2.3上位機控制系統(tǒng)的設(shè)計

為更好的將變電站設(shè)備帶電維護移動機器人交互功能凸顯出來，本文設(shè)計的是一個有利于維護人員操作的控制系統(tǒng)，上位機控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可更好的滿足系統(tǒng)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(shè)計。上機位控制系統(tǒng)如下圖5所示，可更好的維護移動機器人的上位機控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多個任務(wù)同時操作，多個窗口同時顯示。

3 結(jié)束語

綜上所述，為了更好的開展變電站帶電設(shè)備移動機器人系統(tǒng)的設(shè)計工作，實現(xiàn)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(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)細致劃分為調(diào)度、通訊、感知、規(guī)劃與控制幾個層面。詳細的介紹了上機位、信息處理系統(tǒng)、車載控制系統(tǒng)積分部分的職責(zé)，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(shè)計。為實現(xiàn)人機交互功能的有效維護，本文還設(shè)計了上位控制系統(tǒng)。最終開展了變電站環(huán)境模擬，開展現(xiàn)場實驗，最終結(jié)果表明效果良好。

參考文獻：

[1]錢建國，施正釵，李英，楊興超，鄭俊翔.基于自學(xué)習(xí)的電網(wǎng)設(shè)備故障自動辯識方法研究與應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程，2020，28（06）：22-25+34.

[2]易慧，潘雄，潘曉柏，李小強，江浩田，何蓮.基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站設(shè)備控制柜類濕度監(jiān)測與風(fēng)險評估系統(tǒng)[J].儀器儀表與分析監(jiān)測，2020，15（01）：1-7.

[3]賀延峰，楊賢明，齊加恩，王雪研，周坤，羅建平，陳宏偉.一種智能變電站設(shè)備監(jiān)控信息點表自動配置方法的研究與實現(xiàn)[J].自動化應(yīng)用，2019，05（11）：78-81.

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

項目名稱（配網(wǎng)帶電作業(yè)智能機械臂關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究）和項目編號（050100KK52170012）

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局? 云南? 昆明? 650000）