輸電線路智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用

孔照銘

摘要：現(xiàn)階段隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，智能機(jī)器人的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，逐漸能夠代替人工提供更多的智能服務(wù)，并且能夠降低危險(xiǎn)行業(yè)的工作風(fēng)險(xiǎn)，例如，低下管道行業(yè)、電氣行業(yè)和核工業(yè)等危險(xiǎn)行業(yè)，采用智能機(jī)器人進(jìn)行巡檢工作，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送到客戶端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作現(xiàn)場(chǎng)的目的。因此，探討智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)，能夠促進(jìn)巡檢系統(tǒng)安全平穩(wěn)的運(yùn)行，促進(jìn)智能機(jī)器人的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：輸電線路;智能巡檢;機(jī)器人系統(tǒng);研發(fā);應(yīng)用

引言

隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)于電力能源需求量在不斷增加，特高壓電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模在逐漸擴(kuò)大，與此同時(shí)，輸電網(wǎng)絡(luò)變得越來(lái)越復(fù)雜，這在一定程度上促使人工地面故障巡查難度系數(shù)大大提升。采用地上人工巡檢方式常常會(huì)由于遮擋、距離等因素干擾，難以有效確定絕緣子和相關(guān)的電氣設(shè)備是否處于良好的工作狀態(tài)。如果在一些特殊的氣象環(huán)境中，通常難以正常實(shí)施人工登塔巡檢，另外，通常在一些人員活動(dòng)密集區(qū)域輸電線路常常會(huì)受到外力破壞，采用人工巡檢方式根本無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸電線路故障問題，而且不能及時(shí)制止輸電線路外力破壞問題。由此可見，輸電線路智能巡檢機(jī)器人代替人工巡檢方式的應(yīng)用有著重要的意義。

1、智能巡檢機(jī)器人概述

智能巡檢機(jī)器人類型多樣，如開關(guān)室巡檢機(jī)器人、變電站巡檢機(jī)器人、廊道巡檢機(jī)器人。以廊道巡檢機(jī)器人為例，在實(shí)際應(yīng)用中可以綜合管廊監(jiān)控領(lǐng)域的各種功能，這種機(jī)器人適用于綜合管廊監(jiān)控區(qū)域?qū)崟r(shí)性要求較高的領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)中具備模塊化設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)用戶使用需求進(jìn)行功能模塊擴(kuò)展。該機(jī)器人的監(jiān)控模塊，還具備語(yǔ)音結(jié)構(gòu)、短信接口、報(bào)警管理和遠(yuǎn)程控制等模塊，可以滿足用戶多方面需求。我國(guó)輸電線路具有點(diǎn)多面廣、地形復(fù)雜、自然環(huán)境惡劣、電力線與桿塔等長(zhǎng)期暴露在野外的特點(diǎn)，使得輸電線路在使用中常常受到機(jī)械張力、電氣閃絡(luò)、材料老化等因素影響而出現(xiàn)斷股、磨損和腐蝕等問題。因此，在這種情況下，就必須進(jìn)行輸電線路的定期巡視與檢查，及時(shí)了解和掌握輸電線路存在的各種問題，必要情況下需要更換線路。智能巡檢機(jī)器人可以在輸電線路的管理與檢查中發(fā)揮重要作用，智能機(jī)器人通過自動(dòng)巡線，可以及時(shí)掌握輸電線路運(yùn)行與使用情況，了解周圍環(huán)境變化等，有利于線路運(yùn)行隱患等的排除。輸電線路中的智能機(jī)器人使用機(jī)電一體化系統(tǒng)，包含機(jī)械系統(tǒng)、自動(dòng)控制、通信和傳感器等的融合，機(jī)械系統(tǒng)是智能巡檢機(jī)器人的核心技術(shù)。就我國(guó)目前智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用來(lái)看，輸電線路中對(duì)于智能巡檢機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)有著以下嚴(yán)格要求。

2、輸電線路智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用

2.1總體設(shè)計(jì)

輸電線路巡檢機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用過程中有著良好應(yīng)用效果，其系統(tǒng)通常由4部分構(gòu)成，主要分別為本體、遠(yuǎn)程集控中心、越障橋以及駐留巢穴。首先，在機(jī)器人本體上搭載了無(wú)線路由器和高清攝像頭，通過無(wú)線路由器在一定程度上能夠促使輸電線路巡檢機(jī)器人所獲取的巡檢信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程集控中心，通過對(duì)高清攝像頭的搭載應(yīng)用在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)導(dǎo)線和地線整體情況的拍攝，巡檢人員可通過所拍攝的內(nèi)容判斷輸電線路故障和隱患問題，以便及時(shí)解決。而且還能夠達(dá)到全線路無(wú)障礙行走，這主要是基于對(duì)架設(shè)越障橋方式的有效應(yīng)用;其次，遠(yuǎn)程集控中心主要是對(duì)機(jī)器人的控制和故障隱患識(shí)別并判斷，通常需要對(duì)所獲取的本體狀態(tài)數(shù)據(jù)以及所獲取的氣象數(shù)據(jù)展開深入的分析，與此同時(shí)，并依據(jù)其發(fā)出相應(yīng)的控制巡檢指令。通過對(duì)TensorFlow技術(shù)對(duì)采集圖片的處理，在一定程度上能夠達(dá)到輸電線路故障及隱患問題的識(shí)別和判斷;駐留巢穴的作用主要是氣象數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和機(jī)器人充電。駐留巢穴通常會(huì)將所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程集控中心，從而保證遠(yuǎn)程集控中心機(jī)器人命令下達(dá)的科學(xué)性。主要是憑借太陽(yáng)能充電的方式和對(duì)無(wú)線充電模塊的有效應(yīng)用，在處于駐留巢穴位置時(shí)，通過對(duì)傳感器檢測(cè)的有效應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)短路故障以及發(fā)射端電壓狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷，如果判斷正處于正常狀態(tài)，那么將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)充電模式，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)充電的目的，在電池電壓達(dá)到一定的值時(shí)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉充電。在此環(huán)節(jié)主要是基于對(duì)無(wú)線充電技術(shù)的有效應(yīng)用，這在一定程度上促使其操作巡檢半徑更加廣泛，有效突破了火花、接觸節(jié)點(diǎn)磨損、充電短路等技術(shù)瓶頸問題。

2.2導(dǎo)航技術(shù)

智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)需要提高導(dǎo)航技術(shù)，能夠促使機(jī)器人利用傳感器采集到周邊的環(huán)境信息，從而有效確定機(jī)器人的位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在巡檢工作的定點(diǎn)、定時(shí)、定路徑巡檢。目前的導(dǎo)航技術(shù)主要有：①GPS導(dǎo)航，利用空間采集信息、地面控制和技術(shù)人員的裝置接受來(lái)實(shí)現(xiàn)智能巡檢機(jī)器人的定位和導(dǎo)航工作，具有信息傳輸快、實(shí)時(shí)定位的應(yīng)用特點(diǎn)，但若在信號(hào)較差，例如地下管道巡檢工作中，導(dǎo)航能力將受到阻礙。②激光導(dǎo)航，利用機(jī)器人自身發(fā)射的激光束，碰到目標(biāo)地點(diǎn)后返回，根據(jù)發(fā)射接收的時(shí)間，來(lái)確定目標(biāo)地點(diǎn)的距離，時(shí)間定位和導(dǎo)航工作，但在應(yīng)用中，受工作介質(zhì)影響。③視覺導(dǎo)航，利用機(jī)器人的視覺功能獲得外界的信息，從而確定機(jī)器人的位置信息，進(jìn)行自主運(yùn)行和導(dǎo)航，具有開發(fā)成本較低，導(dǎo)航精度較高的優(yōu)點(diǎn)，是目前智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)中較好的導(dǎo)航技術(shù)。

2.3在線供電系統(tǒng)

智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用，由于在線補(bǔ)給裝置的匱乏，使得在很多高壓輸電線上的儀器與帶電作業(yè)儀器等都采用電池供電的方式。電池供電的能力有限，其工作時(shí)間短、需要進(jìn)行頻繁地更換，嚴(yán)重影響了這些儀器與設(shè)備的可靠運(yùn)行。因此，在線供電系統(tǒng)的完善具有必要性與現(xiàn)實(shí)意義。隨著技術(shù)進(jìn)步，很多企業(yè)逐步采用小型汽油發(fā)電機(jī)的供電方式，汽油發(fā)電機(jī)本身攜帶有油箱，在使用過程中受到環(huán)境等因素影響，使得其運(yùn)行穩(wěn)定性較差。因此，為了保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最好可以直接從電力線上獲取電力資源，實(shí)現(xiàn)耦合供電。但是，該種方式還處于理論研究的階段，實(shí)踐應(yīng)用技術(shù)還不成熟，感應(yīng)取電電源的輸出功率較小，設(shè)備體積大，無(wú)法完全滿足行業(yè)發(fā)展的需求。因此，需要開發(fā)使用一些設(shè)備體積較小、效率較高的感應(yīng)取電裝置。

2.4智能控制系統(tǒng)

智能巡檢機(jī)器人很多時(shí)候用于較為復(fù)雜、惡劣的環(huán)境條件，因此，對(duì)于控制系統(tǒng)要求極高。智能巡檢機(jī)器人的整體設(shè)計(jì)，機(jī)器人自主跨越輸電線上的障礙物是智能系統(tǒng)中的重要內(nèi)容，在穿越障礙物時(shí)，兩只手臂分別懸掛于線上、脫線跨越以后進(jìn)行上線。在上線過程中需要結(jié)合輸電線位置的定位，根據(jù)定位以后的結(jié)果進(jìn)行上線操作。懸掛在導(dǎo)線上的機(jī)器人，會(huì)受到風(fēng)力、自身調(diào)整等作用影響，使得其或多或少地會(huì)產(chǎn)生重心偏移與擺動(dòng)，在這種情況下，就需要進(jìn)行定位方式的調(diào)整與轉(zhuǎn)換，使得機(jī)器人可以順利完成障礙的跨越。在智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用中，由于障礙物的類型具有多樣性，這就使得其在障礙物的跨越上需要進(jìn)行科學(xué)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，保證其運(yùn)行準(zhǔn)確性。

結(jié)語(yǔ)

輸電線路智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的有效應(yīng)用為輸電線路巡檢工作創(chuàng)造了許多便利條件，所研制的巡檢機(jī)器人主要是由本體、遠(yuǎn)程集控中心、越障橋、駐留巢穴等部分構(gòu)成，在實(shí)際應(yīng)用過程中能夠達(dá)到全線路無(wú)障礙自動(dòng)巡檢的效果，進(jìn)一步擴(kuò)大了其工作半徑。基于對(duì)stm32和arm系統(tǒng)的雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在一定程度上大大提高了機(jī)器人運(yùn)行的穩(wěn)定性，能夠達(dá)到故障系統(tǒng)重啟的效果。通過對(duì)無(wú)線充電模式的有效應(yīng)用，有效避免了火花、充電電路短路問題的產(chǎn)生。這種機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用過程中操作便捷，促使人工巡檢和智能巡檢有機(jī)地結(jié)合在一起，從而為巡檢工作創(chuàng)造了許多便利條件。

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