输电线路智能巡检机器人系统的研发及应用

孔照铭

摘要：现阶段随着科技的发展进步，智能机器人的应用范围越来越广，逐渐能够代替人工提供更多的智能服务，并且能够降低危险行业的工作风险，例如，低下管道行业、电气行业和核工业等危险行业，采用智能机器人进行巡检工作，将相应的数据通过系统和网络系统发送到客户端，实现远距离操作现场的目的。因此，探讨智能巡检机器人系统的技术设计，能够促进巡检系统安全平稳的运行，促进智能机器人的发展。

关键词：输电线路;智能巡检;机器人系统;研发;应用

引言

随着时代的进步和发展，对于电力能源需求量在不断增加，特高压电网建设规模在逐渐扩大，与此同时，输电网络变得越来越复杂，这在一定程度上促使人工地面故障巡查难度系数大大提升。采用地上人工巡检方式常常会由于遮挡、距离等因素干扰，难以有效确定绝缘子和相关的电气设备是否处于良好的工作状态。如果在一些特殊的气象环境中，通常难以正常实施人工登塔巡检，另外，通常在一些人员活动密集区域输电线路常常会受到外力破坏，采用人工巡检方式根本无法及时发现输电线路故障问题，而且不能及时制止输电线路外力破坏问题。由此可见，输电线路智能巡检机器人代替人工巡检方式的应用有着重要的意义。

1、智能巡检机器人概述

智能巡检机器人类型多样，如开关室巡检机器人、变电站巡检机器人、廊道巡检机器人。以廊道巡检机器人为例，在实际应用中可以综合管廊监控领域的各种功能，这种机器人适用于综合管廊监控区域实时性要求较高的领域。在设计中具备模块化设计的整体结构，在实际应用中可以根据用户使用需求进行功能模块扩展。该机器人的监控模块，还具备语音结构、短信接口、报警管理和远程控制等模块，可以满足用户多方面需求。我国输电线路具有点多面广、地形复杂、自然环境恶劣、电力线与杆塔等长期暴露在野外的特点，使得输电线路在使用中常常受到机械张力、电气闪络、材料老化等因素影响而出现断股、磨损和腐蚀等问题。因此，在这种情况下，就必须进行输电线路的定期巡视与检查，及时了解和掌握输电线路存在的各种问题，必要情况下需要更换线路。智能巡检机器人可以在输电线路的管理与检查中发挥重要作用，智能机器人通过自动巡线，可以及时掌握输电线路运行与使用情况，了解周围环境变化等，有利于线路运行隐患等的排除。输电线路中的智能机器人使用机电一体化系统，包含机械系统、自动控制、通信和传感器等的融合，机械系统是智能巡检机器人的核心技术。就我国目前智能巡检机器人的应用来看，输电线路中对于智能巡检机器人的机械系统有着以下严格要求。

2、输电线路智能巡检机器人系统的研发及应用

2.1总体设计

输电线路巡检机器人在实际应用过程中有着良好应用效果，其系统通常由4部分构成，主要分別为本体、远程集控中心、越障桥以及驻留巢穴。首先，在机器人本体上搭载了无线路由器和高清摄像头，通过无线路由器在一定程度上能够促使输电线路巡检机器人所获取的巡检信息传输到远程集控中心，通过对高清摄像头的搭载应用在一定程度上能够实现对导线和地线整体情况的拍摄，巡检人员可通过所拍摄的内容判断输电线路故障和隐患问题，以便及时解决。而且还能够达到全线路无障碍行走，这主要是基于对架设越障桥方式的有效应用;其次，远程集控中心主要是对机器人的控制和故障隐患识别并判断，通常需要对所获取的本体状态数据以及所获取的气象数据展开深入的分析，与此同时，并依据其发出相应的控制巡检指令。通过对TensorFlow技术对采集图片的处理，在一定程度上能够达到输电线路故障及隐患问题的识别和判断;驻留巢穴的作用主要是气象数据监测和机器人充电。驻留巢穴通常会将所监测的数据传输到远程集控中心，从而保证远程集控中心机器人命令下达的科学性。主要是凭借太阳能充电的方式和对无线充电模块的有效应用，在处于驻留巢穴位置时，通过对传感器检测的有效应用能够实现短路故障以及发射端电压状态的准确判断，如果判断正处于正常状态，那么将会自动启动充电模式，从而实现自动充电的目的，在电池电压达到一定的值时会自动关闭充电。在此环节主要是基于对无线充电技术的有效应用，这在一定程度上促使其操作巡检半径更加广泛，有效突破了火花、接触节点磨损、充电短路等技术瓶颈问题。

2.2导航技术

智能巡检机器人系统需要提高导航技术，能够促使机器人利用传感器采集到周边的环境信息，从而有效确定机器人的位置，实现机器人在巡检工作的定点、定时、定路径巡检。目前的导航技术主要有：①GPS导航，利用空间采集信息、地面控制和技术人员的装置接受来实现智能巡检机器人的定位和导航工作，具有信息传输快、实时定位的应用特点，但若在信号较差，例如地下管道巡检工作中，导航能力将受到阻碍。②激光导航，利用机器人自身发射的激光束，碰到目标地点后返回，根据发射接收的时间，来确定目标地点的距离，时间定位和导航工作，但在应用中，受工作介质影响。③视觉导航，利用机器人的视觉功能获得外界的信息，从而确定机器人的位置信息，进行自主运行和导航，具有开发成本较低，导航精度较高的优点，是目前智能巡检机器人系统中较好的导航技术。

2.3在线供电系统

智能巡检机器人的应用，由于在线补给装置的匮乏，使得在很多高压输电线上的仪器与带电作业仪器等都采用电池供电的方式。电池供电的能力有限，其工作时间短、需要进行频繁地更换，严重影响了这些仪器与设备的可靠运行。因此，在线供电系统的完善具有必要性与现实意义。随着技术进步，很多企业逐步采用小型汽油发电机的供电方式，汽油发电机本身携带有油箱，在使用过程中受到环境等因素影响，使得其运行稳定性较差。因此，为了保证供电系统的稳定性，最好可以直接从电力线上获取电力资源，实现耦合供电。但是，该种方式还处于理论研究的阶段，实践应用技术还不成熟，感应取电电源的输出功率较小，设备体积大，无法完全满足行业发展的需求。因此，需要开发使用一些设备体积较小、效率较高的感应取电装置。

2.4智能控制系统

智能巡检机器人很多时候用于较为复杂、恶劣的环境条件，因此，对于控制系统要求极高。智能巡检机器人的整体设计，机器人自主跨越输电线上的障碍物是智能系统中的重要内容，在穿越障碍物时，两只手臂分别悬挂于线上、脱线跨越以后进行上线。在上线过程中需要结合输电线位置的定位，根据定位以后的结果进行上线操作。悬挂在导线上的机器人，会受到风力、自身调整等作用影响，使得其或多或少地会产生重心偏移与摆动，在这种情况下，就需要进行定位方式的调整与转换，使得机器人可以顺利完成障碍的跨越。在智能巡检机器人的应用中，由于障碍物的类型具有多样性，这就使得其在障碍物的跨越上需要进行科学的运动规划，保证其运行准确性。

结语

输电线路智能巡检机器人系统的有效应用为输电线路巡检工作创造了许多便利条件，所研制的巡检机器人主要是由本体、远程集控中心、越障桥、驻留巢穴等部分构成，在实际应用过程中能够达到全线路无障碍自动巡检的效果，进一步扩大了其工作半径。基于对stm32和arm系统的双系统设计，在一定程度上大大提高了机器人运行的稳定性，能够达到故障系统重启的效果。通过对无线充电模式的有效应用，有效避免了火花、充电电路短路问题的产生。这种机器人在实际应用过程中操作便捷，促使人工巡检和智能巡检有机地结合在一起，从而为巡检工作创造了许多便利条件。

参考文献

[1]魏泽旭.铁路牵引变电所智能巡检机器人研究与开发[D].合肥工业大学，2019.

[2]张郁.石家庄配电站房智能机器人巡检系统研究[D].华北电力大学，2019.