小型化電力特種機(jī)器人的材料控制與技術(shù)應(yīng)用研究

國網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司 周開河 張霽明 朱艷偉

一些小型電力特種機(jī)器人的大面積應(yīng)用使得我國電力企業(yè)各個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的效率得到了實(shí)質(zhì)性的提高，并且大大地減少了電力企業(yè)內(nèi)部工作人員的工作量。本文對小型電力特種機(jī)器人的材料選用以及運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行了全方位的分析。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，當(dāng)前機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用的過程當(dāng)中其所具備的智能化程度變得越來越高。在這樣的情況下，一些小型特種機(jī)器人在電力應(yīng)用中所能發(fā)揮的作用變得越來越多。人們進(jìn)一步加大了對小型電力特種機(jī)器人材料選擇以及控制技術(shù)的重視力度。拿變電站的電網(wǎng)巡檢工作為例。為了使得電網(wǎng)巡檢工作的實(shí)際需求能夠得到更好地滿足，電力特種機(jī)器人在實(shí)際使用的過程當(dāng)中，應(yīng)該在一些運(yùn)動(dòng)功能以及環(huán)境適應(yīng)性等方面作出進(jìn)一步改進(jìn)，同時(shí)小型化、工具化、集中使用型的機(jī)器人將會(huì)是未來發(fā)展的主要方向。研究人員應(yīng)該結(jié)合我國實(shí)際情況建立企業(yè)電力特種機(jī)器人的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，從而進(jìn)一步加大實(shí)驗(yàn)建設(shè)能力，使電力特種機(jī)器人的質(zhì)量得到強(qiáng)有力的保障。

1 小型化電力特種機(jī)器人在實(shí)際使用中所具有的優(yōu)勢

對于電力企業(yè)而言，在其日常運(yùn)行中其內(nèi)部各種類型的電力設(shè)備在實(shí)際使用中為了保障其功能的正常發(fā)揮，需要電力企業(yè)安排一些專門的工作人員對其實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查活動(dòng)。在過去，工作人員在對各類設(shè)備進(jìn)行檢查的效果會(huì)受到來自各個(gè)方面的影響，從而使得最終檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性得不到有效地保障，使其工作效率降低。如果工作人員在實(shí)際工作的過程當(dāng)中所面臨的工作量太過于龐大，很容易使工作人員超負(fù)荷工作。這種情況對工作人員精確判斷各種電力設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況有著非常不利的影響，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種類型設(shè)備在實(shí)際使用中可能存在的一系列問題。因此，人工檢查的方式不符合我國社會(huì)發(fā)展的方向。為了使得電力企業(yè)內(nèi)部的電力設(shè)備在實(shí)際使用中的功能能夠更加全面地發(fā)揮出來，在最大程度上彌補(bǔ)人工工作中存在的一系列問題。研究人員結(jié)合電力企業(yè)的實(shí)際情況研制出了各種類型的小型電力特種機(jī)器人，通過這些特種機(jī)器人的合理應(yīng)用可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工中的部分工作，從而使各個(gè)工作人員的工作量得到有效減少。同時(shí)由于這些特種機(jī)器人在實(shí)際使用中所擁有的一系列優(yōu)勢，甚至可以擔(dān)任一些傳統(tǒng)人工無法完成的工作。

2 小型電力特種機(jī)器人的材料選用

就當(dāng)前而言，在技術(shù)人員研制機(jī)器人的過程當(dāng)中，考慮到機(jī)器人所處工作環(huán)境以及功能特性的需求通常會(huì)為其合理地選擇一些塑料類、金屬類或者是木材等材料。以下對各種材料的性能以及功能特點(diǎn)進(jìn)行全面的分析。

2.1 塑料材料

塑料材料由于是由一系列高分子聚合而成的，因此其質(zhì)量相對來說比較輕。由于其本身所具有的物理特性非常容易對其進(jìn)行加工，只需要投入很低的經(jīng)濟(jì)成本就可以獲得大量的塑料材料。因此塑料材料是機(jī)器人研發(fā)中不可或缺的重要材料之一。在機(jī)器人實(shí)際制作工作正式進(jìn)行的過程當(dāng)中，常用的一些塑料材料包括主要有以下幾種類型：

第一，ABS型塑料。這種塑料是5大合成樹脂材料之一。在實(shí)際使用中有很多優(yōu)點(diǎn)。其所具有的耐熱性以及耐低溫性要比其他材料高得多。同時(shí)這種類型的材料在實(shí)際使用中由于其內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的影響其所具備的抗沖擊性能非常強(qiáng)勁。同時(shí)即使是在一些腐蝕性化學(xué)藥品當(dāng)中，依然可以長期保持其固有的化學(xué)性質(zhì)不變，擁有很強(qiáng)的耐腐蝕性能。除此之外，ABS材料在實(shí)際應(yīng)用的過程當(dāng)中其相應(yīng)的可塑性能也非常強(qiáng)大，易于加工。同時(shí)做的成品具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，表面光滑，易于進(jìn)一步加工制作。如果特種機(jī)器人使用該種材料進(jìn)行組裝的話，那么其所具有的實(shí)用性能將會(huì)得到很好的保障，同時(shí)還會(huì)擁有符合人們審美觀念的外觀。

第二，PVC材料。這種類型的材料由于其結(jié)構(gòu)功能的特殊性，在各行各業(yè)當(dāng)中有著非常廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際使用的過程當(dāng)中，為了使得人們的需求得到更好地滿足。常常會(huì)根據(jù)實(shí)際情況問題中其中添加一些添加劑，例如穩(wěn)定劑、潤滑劑等一系列化學(xué)材料，從而使其使用性能得到良好的保證。這種材料在實(shí)際應(yīng)用中最大的優(yōu)勢在于其具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，能夠承受較大范圍的溫度變化。同時(shí)，其質(zhì)量比較輕。通過該種材料的合理運(yùn)用，可以使得相應(yīng)的特種機(jī)器人擁有更長的使用壽命，并且有效隔絕電能對其產(chǎn)生的破壞，可以使特種機(jī)器人內(nèi)部的金屬結(jié)構(gòu)長期保持穩(wěn)定。

第三，尼龍以及一些有機(jī)玻璃。這兩種材料在特種機(jī)器人中的應(yīng)用相對來說比較少，其在使用中最大的優(yōu)點(diǎn)是耐磨損性能以及絕緣性能比較好。

2.2 金屬材料

在特種機(jī)器人研發(fā)以及制作的過程當(dāng)中，金屬材料也是一種非常重要的材料。根據(jù)特種機(jī)器人的實(shí)際情況，合理地應(yīng)用一些金屬材料可以使特種機(jī)器人的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。金屬材料在實(shí)際應(yīng)用的過程當(dāng)中擁有很多優(yōu)勢。例如，其本身所具有的強(qiáng)度比較高，耐磨損、光澤度好等等。然而，不同金屬材料在實(shí)際應(yīng)用的過程當(dāng)中也有著不同的缺點(diǎn)。在實(shí)際選擇的時(shí)候，要充分考慮到特種機(jī)器人的實(shí)際使用環(huán)境以及機(jī)器人所需要發(fā)揮的實(shí)際作用。就一般情況而言，鋁合金材料在實(shí)際使用的過程當(dāng)中所需要投入的經(jīng)濟(jì)成本相對來說比較低。通過這種材料的選取可以在一定程度上滿足機(jī)器人制作商的材料選擇需求。鋁合金材料根據(jù)其內(nèi)部組成成分的不同，可以將其分為多種規(guī)格型號。每種規(guī)格在實(shí)際使用中都有著不同的特點(diǎn)。常用的鋁合金有6061以及7075這兩種類型。以6061為代表的6000型鋁合金當(dāng)中其最主要的合金元素為鎂和硅，其強(qiáng)度處于中等水平。在實(shí)際使用的過程當(dāng)中擁有比較強(qiáng)大的抗腐蝕性能以及可焊接性能。其所具有的氧化性能相對來說比較好。6061鋁合金在使用中所具有的硬度雖然沒有7075高，但是其所具有的抗腐蝕性能非常強(qiáng)大。因此，當(dāng)前市面上一些已有的特種機(jī)器人一般都是采用這種鋁合金材料制作而成的。在各種類型的金屬材料當(dāng)中，不銹鋼所擁有的強(qiáng)度更高，其本身所具有的性能也更加強(qiáng)大。然而，不銹鋼在實(shí)際制作的過程當(dāng)中其可塑性比較低，同時(shí)不銹鋼材料的價(jià)格昂貴。因此，在特種機(jī)器人制作中，不銹鋼并不是最佳的材料選擇。

3 電力特種機(jī)器人的控制技術(shù)研究

在相關(guān)工作人員對電力特種機(jī)器人控制技術(shù)進(jìn)行研究的工作過程當(dāng)中，其工作的重點(diǎn)內(nèi)容是對其運(yùn)動(dòng)功能以及內(nèi)部核心系統(tǒng)的控制。

3.1 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn)原理

圖1 一種巡檢機(jī)器人側(cè)視圖

就當(dāng)前的科技水平而言，在特種機(jī)器人實(shí)際研制的過程當(dāng)中其相應(yīng)的控制系統(tǒng)主要有以下幾種類型：分別是任務(wù)載荷分系統(tǒng)、機(jī)器人分系統(tǒng)以及綜合保障分系統(tǒng)。在機(jī)器人分系統(tǒng)當(dāng)中，為了使機(jī)器人的功能得到有效保障，為其配備了多個(gè)組件。例如機(jī)器人平臺(tái)、通信系統(tǒng)、監(jiān)控后臺(tái)系統(tǒng)等等。通過每個(gè)子系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮可以使機(jī)器人的功能得到有效保障。一般而言機(jī)器人平臺(tái)系統(tǒng)在實(shí)際使用的過程當(dāng)中，其最主要的功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的導(dǎo)航控制功能。通過平臺(tái)系統(tǒng)作用的正常發(fā)揮，可以使得特種機(jī)器人能夠完成各種類型的運(yùn)動(dòng)以及空間轉(zhuǎn)移；而通信系統(tǒng)在具體應(yīng)用的時(shí)候，則是專門用來負(fù)責(zé)一些類似于數(shù)據(jù)以及圖像的傳輸工作，將機(jī)器人所獲取到的各種類型數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚硐到y(tǒng)當(dāng)中，輔助電力企業(yè)的相關(guān)工作人員對各種機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析任務(wù)；載荷系統(tǒng)所具有的工作性能相對來說比較復(fù)雜，可以為其配備可見光攝像機(jī)、紅外攝像、熱成像儀以及其他類型的傳感器；而綜合保障分系統(tǒng)則是主要用來解決特種機(jī)器人的供電問題，使機(jī)器人在內(nèi)部電量不足時(shí)自動(dòng)找到配電室進(jìn)行充電。避免人工對其進(jìn)行充電，為自己補(bǔ)充能量，可以使得工作的持續(xù)性得到有效保障。圖1為一種特種機(jī)器人的側(cè)視圖。

3.2 特種機(jī)器人的行動(dòng)能力控制

對于特種機(jī)器人而言，其在日常工作中最重要的工作內(nèi)容是對各種電力設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督。因此為了保證相關(guān)工作能夠更加順利地進(jìn)行下去，需要這些特種機(jī)器人擁有較強(qiáng)的活動(dòng)能力，并且能夠在工作中移動(dòng)的過程當(dāng)中實(shí)現(xiàn)精確定位。在最大程度上防止特種機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)碰撞或者是行動(dòng)障礙的現(xiàn)象。對于特種機(jī)器人而言，行動(dòng)能力控制主要包括定位準(zhǔn)確度、防碰撞功能、轉(zhuǎn)彎半徑等。通過精準(zhǔn)導(dǎo)航定位作用的正常發(fā)揮可以使得機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)動(dòng)的過程當(dāng)中及時(shí)監(jiān)測到周邊所存在的一些物體，并且在距離其他物體較近時(shí)及時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，避免發(fā)生碰撞。圖2為一種特種機(jī)器人的實(shí)物圖。

圖2 一種特種機(jī)器人實(shí)物圖

結(jié)束語：隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，人工智能技術(shù)變得愈加成熟。當(dāng)前小型電力巡檢特種機(jī)器人在實(shí)際使用的過程當(dāng)中已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)全天候全方位的檢查工作，極大地降低了相關(guān)工作人員的工作量，在最大程度上彌補(bǔ)了人工檢查存在的一些弊端。不能預(yù)見，在不久的將來小型電力特種機(jī)器人將會(huì)發(fā)揮出更大的作用。