螺栓紧固机器人输电线路控制方法分析

李庆兴，张 明

（国网安徽省电力有限公司宿州供电公司，安徽 宿州 234000）

0 引 言

随着电网规模的逐渐扩大，输电线路的维修难度系数呈现上升趋势。螺栓紧固机器人在实际维修过程中发挥了重要优势，可针对螺栓存在的故障进行及时诊断，通过试验的方式验证控制策略的准确性。因此，明确输电线路螺栓紧固机器人的基本结构，有助于保证输电线路的顺利运行。

1 螺栓紧固机器人的构造研究

1.1 螺栓紧固机器人的机械结构

螺栓紧固机器人的机械结构主要包括主体、两个行走的轮子、夹爪以及伸缩机械臂等。实时分析减速箱输出轴的运行状态，需要发挥法兰连接驱动盘的优势，对行走轮进行有效连接。经过工艺处理后的行走轮滚动槽，一定程度上增加了槽壁与导线之间的摩擦系数，可防止意外的发生。该装置具有一定的防水性能，借助编码器后盖与电机末端连接，对机器人伸缩和横向移动造成了一定的障碍。夹爪装置的优势较为显著，输出轴通过齿轮进行传递的过程中，与螺纹轴进行连接，使齿条保持处于水平运行状态，实现夹紧或松开。夹爪支架具有一定的优势，与电机减速器有效连接。此时，电机处于正常运行状态，丝杆随之发生运动。当齿条发生运动时与夹爪轮齿有机结合在一起，此时的夹爪将处于旋转状态。等电位轮的安装是保证机器人等位电能的关键。提升弹簧移动方式的准确性，有助于保证机器人工作的稳定性。在线上设定螺栓紧固任务，并由机器人完成。在螺栓装置的设置上，自由度机械臂中的关节主要由2个旋转关节和1个伸缩关节组成，在规定的时间内完成任务。

1.2 螺栓紧固作业机器人柔性末端结构设计

螺栓紧固作业机器人柔性末端结构的设计较为完善。首先，操作过程中要做好螺栓头的固定工作，实时关注螺母的运行状态，借助旋转端将其套住，随即拧紧螺栓。在实际操作环节中，要根据当前高压输电线路的实际情况，结合螺栓的型号，选择最佳的套筒完成作业。螺栓紧固作业机器人柔性末端结构设计中的螺栓固定装置工作方式较为简单，限制螺栓头的转动。在此环节中，输出扭矩的过程要保证拧螺母装置的稳定性。需要借助涡轮蜗杆传动的方式进行操作，提升装置的运动性能。螺栓柔性末端执行器主要由旋转电机和扳手套筒等组成。在实际运行环节中，需要掌握套筒与旋转轴之间的关系。设计时，为了保证套筒与螺母之间处于平衡状态，可以借助十字铰的方式实现二者的连接。在伸缩机运行环节，将带动旋转轴内的弹簧移动，实现压缩。针对设备运行的实际情况，可适当调节机械手，保证内六角套筒与螺母之间形成有效的对接。发挥控制器的作用，实时监测套筒的位置，使之与螺母保持在一致的状态。输电线路运行过程中，机器人借助螺栓紧固末端执行器的优势实时收集任务指令，并与带电作业机器人合作完成[1]。

1.3 螺栓紧固作业机器人测控系统结构

螺栓紧固作业机器人测控系统结构中的人机交互系统主要借助视频服务器的优势，实时获取摄像头中的数据信息，根据系统运行的实际情况有效调节机器人，减少了人力、物力、财力资源的消耗，提升了作业质量与效率。其中，人机交互系统可以分为不同的部分。第一，系统区和状态显示区可以掌握地面基站的数据信息，借助通信技术的优势与机器人进行有效连接，实现视频登入、视频录像等功能，保证按键的有效操作。指示区与电源控制器实时掌握监控网络与视频的连接状态，可以准确监测机器人的电池和电压情况，保证机械运行的安全性。该系统优势可以及时发现电机中存在的问题，出现过流等问题时可以借助清除按键清除错误，保证设备的正常运行。通用平台主要包括基本操作，可以精准定位机器人的位置，控制机器人的运动。带电作业机器人机械手控制区准确判断螺栓是否处于拧紧状态，可以实现自动化操作。第二，传感器以及其他辅助设备主要包括编码器、限位开关、姿势传感器、三维传感器以及摄像头等部分，控制电机的运行状态，掌握输电线的运行情况。

2 螺栓对中预测策略

螺栓对中预测策略主要涉及机器人的运动轨迹预测和螺栓的运动轨迹预测两个部分。其中，机器人的运动轨迹预测需要明确多传感器数据融合的定义和优势，将多个传感器有效连接在一起，实现信息之间的传递，针对各自传感器传输数据信息的不足与优势实现互补，以保证观测测量的准确性。多传感器信息技术处理过程较为完善，实现信息优化与整合，提升系统信息的准确性。同时，多传感器数据融合在目标跟踪预测中的性能较为显著，可以增加系统的生存能力，降低信息的模糊性，逐步扩宽信息探测范围。此环节借助不同传感器的功能优势，准确描述物体的特性，有助于减少数据信息在传输过程中产生的误差。多传感器信息融合方式主要有加权平均数、神经网络等。卡尔曼滤波器的融合过程需要掌握加速度计和陀螺仪的模型状态，充分考虑外部重力加速度、重力加速度、加速度的偏差和噪声等因素，借助陀螺仪的优势测量角速度，保证数据信息的准确性。实时测量系统机器人的最优角度，注重优化机器人的机械结构，并与套筒的摆动倾角进行转化，随后科学分析螺栓的摆动倾角。螺栓对准预测策略主要预测螺栓和摄像机的运行轨迹，将倾斜角保持在相同区间，保证螺栓对准作业的准确性，可以实时监测输电线路的摆动幅度。为了提升机器人在输电线路上的稳定性，要将螺栓与摄像机在输电线路上的摆动幅度最小化，控制机械臂准确完成任务[2]。

3 螺栓对中控制策略

螺栓对中控制策略主要监测套筒和螺母的对接情况。为了保证六角准确对准，要关注内六角套筒与六角螺母之间的运行状态，尽量减少二者之间的摩擦，保证螺栓紧固机器人在输电线路中顺利运行。其中，螺栓对中控制策略需要做好对螺母旋转的角度计算工作，实时掌握套筒相对于螺栓的偏角情况。当不存在角度偏差时，需要控制机械臂并进行给进操作，对螺栓进行加固处理。当出现偏差较小时，要掌握好套筒与螺栓之间的具体角度，准确定位给进螺母的圈数，提升对准成功率。当出现螺栓对准失败问题时，要根据摄像头的实际情况，借助机械臂对其进行控制。当出现偏差较大时，需要重新对准操作。基于力传感器的柔顺控制主要需要分析套筒旋转前的受力情况，利用该方式适当调整机械臂的位置，科学掌握旋转螺母的实际受力情况。在计算柔性角度时，需要准确的掌握柔性角度的临界情况，保证螺栓与套筒之间的偏角在柔性范围之内，顺利进行对准。在研究螺栓紧固作业末端内六角套筒承受载荷对扭矩的影响时，需要掌握内六角套筒和十字连轴架的运行状态，进行位姿的调整。

4 螺栓紧固的力矩控制策略

螺栓紧固的力矩控制策略需要掌握常见的预紧力控制方式，其中扭矩控制方式较为简单。掌握螺纹的连接状态行，需要明确轴向夹紧力与拧紧扭矩之间的关系。在实际的装配环节，要充分考虑螺孔本身和温度的变化情况，有效降低成本，提升拧紧质量。扭矩转角控制法要控制转角的时间，且螺栓紧固的精度较高，但在实际应用过程中会产生一定的误差。扭矩系数控制法在实际的试验过程中，需要分析控制力矩转化为具体电流的情况。为了实现智能化控制，放入程序中进行观察，实时监测电机的运行状态，并与设置的电流进行比较。当超过设置的电流阈值时，将会实现自动停止。在分析扭矩随时间变化的斜率时，需监测螺栓拧紧的全过程，观察螺母和垫片的贴紧程度，延长螺栓的使用寿命。输电线路螺栓紧固机器人控制方式需要安装机器人吊装滑轮，针对线路中存在的故障进行维修[3]。

5 结 论

本文详细分析了螺栓紧固机器人输电线路控制方法，阐述螺栓紧固的柔性末端结构设计的具体流程，研究螺栓紧固机器人在输电线路上的预测对准和紧固问题，要求相关研究人员具备较强的专业知识储备，坚持理论联系实际的原则，使其适应当前输电线路运行的实际情况。