配网带电维护移动机器人可用工器具及控制系统的探究

陈柏希 赵镔 赵毅林 刘韵涵

摘 要：本文主要開展带电维护移动机器人的控制系统，旨在更好的满足变电站带电维护需求，旨在研究专门的自动剥皮器，更好的开展高压带电作业，这一设备的结构设计比较简单，机器人可以实现夹持操作。且该设备的绝缘性较好，性能安全，可靠，还可以实现远程遥控。

关键词：变电站设备;控制系统;带电维护;移动机器人

高压带电作业，可确保供电设备的安全运行，确保设备的可靠性，以此实现经济效益的提升。就实际情况而言，当前的高压带电作业剥皮器均为手动操作，绝缘性与防护性较低，操作过程中的不安全因素较大。

1 手动剥皮器的分析、设计经验

1.1 特点分析

操作人手动施加压力，将刀具刺入到导线绝缘层内;进行刀具螺旋切削，操作人员双手旋转，形成M形状的刀偶，沿着轴向，进行刀具推动，其结构如下图1所示。

操作人员停止轴向的进给，导线为刀具环切，将其自动断屑。此部分刀具的截面为月牙型，三面均设置有刀刃，中间可进行排屑操作，以此避免切屑与导线性成缠绕。

选择的是棘轮传动式的手动剥皮器，促使双弹簧的棘爪在传动位置上，且可以开口位置保持一致。机械臂开展直线插补传动，驱动刀具进行相应的运动，刀具与导线倾斜，借助切削分力，以此实现轴向给进。借助相应的润滑脂，报站切削的合理性。在多次棘轮传动式剥皮器实验过程中，其工艺设计比较可靠，加工精准度较高，可确保切削效率与质量。

1.2 原理分析

机器人专用剥皮器，本身由压紧、棘轮驱动组成，结合架空导线的作业特点，其工作原理包括：1.导线可开展夹紧作业，机械臂能够手抓导线，以此发挥支撑作用，可以更好的固定导线，如此便可实现切削力作用，促使导线在作用力下扭转变形，以此完成切削作业。2.操作人员将导线压紧，固定，促使其存在于刀具V型槽内，更好的调节螺栓，并将其拧紧，接着进行压刀作业，注重刀具切入绝缘层深度的控制，确保裸露在外的切近深度适宜。合理调整刀具的倾斜角度，促使其朝着导线的直径心移动。3.确保其可为机械手抓、刀具固连约束，促使其在导线上开展自由运动。4.刀具切削刀刃的设计本身具备较强的特殊性，应当适当的进行产销分力。

2 变电站设备带电维护移动机器人系统

移动机器人控制系统能够整合任务认知、动态行为及动态分解（决策）、执行、控制等融为一体，能够为变电站设备机器人适应环境提供便捷。设计的控制系统，可实现人机交互局部控制，能够切实满足维护需求。

2.1 复杂混合式分层控制系统

综合考虑高压电的变电站环境，带电维护作业及任务需求等，判断系统的安全性、灵活性、稳定性、开放性与可控性，其控制系统如下图3所示。该设计能够将机器人对变电站环境、设备内部信息的感知能力提升。

该机器人本身为混合式的分层控制系统，将控制、规划、感知、通讯与调度纳入其中。整个控制系统可大致划分为上位机、机器人信息处理、机器人车载控制，人机交互策略显著，智能调节控制明显，可切实满足移动机器人在高压变电站中的相关作业需求，作业开展安全要求。

2.2 维护任务运动控制的实现

2.2.1 Motion Perfect 软件介绍

变电站的带电维护移动机器人，其程序均是在这一软件上，并使用Trio BASIC 逻辑语言开展程序编写。本程序编写选择的是最新版本，系统运用的最新微软，着重进行NET和WPF技术开发，可连接到PC，提供广泛的安装运行环境。在Windows XP（7）系统上，也可稳定运行。软件界面上，能够调取各个轴电机的情况，掌握相应的信息，查看子程序的运行情况，反映出机器人当前运行情况与外部设备运行情况[4]。

2.2.2维护任务运动控制策略

变电站带电设备主要是维护机器人开展任务控制，如下图4所示。该系统主要划分为子系统、机械运动控制子系统。

通过控制维护机器人管控系统，预设停靠点（该点位由预埋的RFID标志位决定）。停靠之后，子系统控制机械臂的运动，促使相应的工具开展维护作业及相关任务。

这一控制方式的应用，不会存在复杂控制的情况，其可实现协同运动。控制方法简单，可确保控制稳定，其精度较高，可更好的满足带电维护作业需求。

2.2.3 子程序设计

移动机器人运行维护期间，不管是自主状态，还是远程遥控下的运行，其运动均需要子程序的支持。该程序的应用，能够维护机器人的左右、前后、旋转等运行作业。

2.3上位机控制系统的设计

为更好的将变电站设备带电维护移动机器人交互功能凸显出来，本文设计的是一个有利于维护人员操作的控制系统，上位机控制系统的应用，可更好的满足系统功能需求，为后期的维护与扩展提供便捷。本文运用编程语言（C#），完成该机器人的上位机设计。上机位控制系统如下图5所示，可更好的维护移动机器人的上位机控制结构，实现多个任务同时操作，多个窗口同时显示。

3 结束语

综上所述，为了更好的开展变电站带电设备移动机器人系统的设计工作，实现自动化办公，确保机器人的安全性与灵活性，本文提出一种混合式的分层控制系统。系统内细致划分为调度、通讯、感知、规划与控制几个层面。详细的介绍了上机位、信息处理系统、车载控制系统积分部分的职责，探索其功能。简单介绍了机器人运动控制，给出了运动控制策略，完成了子程序的设计。为实现人机交互功能的有效维护，本文还设计了上位控制系统。最终开展了变电站环境模拟，开展现场实验，最终结果表明效果良好。

参考文献：

[1]钱建国，施正钗，李英，杨兴超，郑俊翔.基于自学习的电网设备故障自动辩识方法研究与应用[J].电子设计工程，2020，28（06）：22-25+34.

[2]易慧，潘雄，潘晓柏，李小强，江浩田，何莲.基于物联网的变电站设备控制柜类湿度监测与风险评估系统[J].仪器仪表与分析监测，2020，15（01）：1-7.

[3]贺延峰，杨贤明，齐加恩，王雪研，周坤，罗建平，陈宏伟.一种智能变电站设备监控信息点表自动配置方法的研究与实现[J].自动化应用，2019，05（11）：78-81.

[4]张营. 变电站设备带电维护移动机器人控制系统研究[D].山东建筑大学，2017，43（04）：109-114.

项目名称（配网带电作业智能机械臂关键技术及应用研究）和项目编号（050100KK52170012）

（云南电网有限责任公司昆明供电局  云南  昆明  650000）