输电线路防震锤更换带电作业机器人的研究与设计_陈凯.pdf

2023.05/输电线路防震锤更换带电作业机器人的研究与设计陈凯张孝祖李晓波罗骋李红平(云南电网有限责任公司昆明供电局)摘要:近些年伴随着输电线路投运时间的不断延长，导致部分老旧高压输电线路的防震锤故障频发，如果无法及时保障防震锤的防震效果，此时会导致严重的供电安全隐患问题。因为我国供电要求不断提高，检修工作人员需要穿戴厚重的高压屏蔽服，在导电等电位开展防震锤更换作业，整个操作过程不仅耗时成本提升，同时还带有相当高的安全风险。为了有效解决传统更换作业的问题，引入带电作业机器人是保障输电线路运行效果的关键。对此，本文简要分析输电线路防震锤更换带电作业机器人的研究与设计，希望可以为相关工作者提供帮助。关键词:输电线路;更换防震锤;带电作业机器人;研究与设计0引言防震锤属于建工高压输电线路的重要构成内容，在架空线路出现振动表现时，防震锤可以基于两端的重锤上下运动实现对架空线路部分振动能量的低效，从而降低线路微风振动强度表现。但是，假设输电线路在野外长期暴露空气当中，此时因为风雨侵蚀和负面气象环境的影响，防震锤很容易出现腐蚀变形、锤头断裂等相关问题，再加上部分线路运行年限比较长，此时防震锤的损害可能也会随之提升，此时便需要及时做好带电更换防震锤。对此，探讨输电线路防震锤更换带电作业机器人的研究与设计具有显著实用性价值。1防震锤更换带电作业机器人的结构设计带电更换防震锤的机器人主要是通过机械系统与控制系统两个方面构成，其主要涉及到结构、控制、通信、图像采集、电源管理等相关技术，同时机器人的结构构型属于更换防震锤机器人的重要问题，其能够完成基本作业操作需求1。机器人的机械系统可以基于移动平台和作业末端两个方面构成，机器人可以基于行走臂伸缩关节、作业手的水平移、夹持、螺栓对准关节之后，基于拧螺栓关节等部位，促使防震锤可以夹紧并移出，再拧螺母装置并对准后，保持螺母拧紧或拧松，然后进入导线等关键动作，从而显著提升整个作业机器人的适应性。防震锤更换机器人的基本结构如图所示。在移动平台方面，机器人的移动平台可以基于机箱、行走臂、行走轮结构、夹持机构、等电位轮、横移作业臂等构成。因为防震锤的更换需要在几十米以上的高空和强电磁场环境当中进行，其普遍存在环境作业稳定性、安全性和电磁减容性等相关问题。对于上述相关问题，可以基于法拉第笼基本原理，积极设计碳纤维机箱，积极屏蔽强电磁场对于机器人的控制系统干扰，从而实现对机身重量的积极控制。对于两行走臂在机箱当中垂面内做好固定距离的反对称性布置，此时可以基于 1-DOF 机构，针对伸缩关节的方式牵引机箱和作业末端，同时结合垂直方向进行升降，并连接上端和行走轮机构。对于机器人高空作业期间的安全问题，在行走轮单侧需要安装可以夹紧导线的夹持机构，此时需要尽可能强化对于机器人作业的可靠性与稳定性问题。为了更好的保障机器人的等电位作业工作能力，需要在夹爪支架结构方面增加等电位轮，此时可以基于弹簧以竖直形式的伸缩移动并满足导线和压接管的应用，从而保障等电位轮可以和线路之间保持有效接触。在横移作业臂安装方面，需要基于机器人机箱的表面为主，基于 1-DOF 机构以横移关节，在末端进行作业时保持和导线、防震锤的线夹垂直性运动，从而明确作业末端确保防震锤的螺栓可以有效拧紧或拧松2。16电气技术与经济/研究与开发/2023.05图机器人结构在作业末端方面，作业末端的执行机构主要是通过防震锤螺栓紧固装置结合夹紧装置构成，此时需要基于夹紧装置实现对防震锤的固定处理，从而实现对螺栓凝固装置的拧紧或拧松。为了针对性提升防震锤的作业工作效率，机器人在使用之前需要先提前做好对新防震锤的上线准备，以便于在拆除旧防震锤之后可以及时安装全新设备，所以机器人应当有至少两个作业末端。对于螺栓紧固装置，其普遍是基于螺母固定与拧螺栓两个结构构成，在具体线路运行期间，防震锤的螺栓配套螺母应当钳夹在线夹当中，不能保持自由转动，所以不需要设计螺母固定机构。为了促使拧螺栓的结构可以对准螺栓并在拧螺栓期间解决机器人和导线摆动的问题，需要在紧固装置方面基于旋转副紧固螺栓，在旋转轴和拧螺栓套筒期间结合柔性联轴器满足不同倾角螺栓的处理需求3。对于设备上方的摄像头应用，可以实现对螺栓套筒、螺栓头的对准处理，在下端可以基于伸缩设备对准关节并接近与原理防震锤。对于防震锤的夹紧装置需要在作业期间固定防震锤线夹，此时可以基于行走臂伸缩关节和作业臂横移关节实现对移动自由度的弥补控制，可以促使线夹能够对准导线。对于夹紧装置，可以基于下端实现对支架的定位，同时在上端保持夹爪的定位并组合而成4。在作业操作期间，夹爪基于 U 型槽可以实现对钢绞线的承托，同时夹爪可以基于反向丝杠螺母进行连接，从而保持相对性的接近与分离，完成对防震锤的夹紧与放松两种处理需求。2防震锤更换带电作业机器人的系统设计机器人的控制系统开展分级控制方式，其主要涉及到机器人本体控制系统以及远程管理的主机控制系统，其中本体控制系统主要是针对机器人的关节动作实现精准性的控制以及对于电源的监控管理，针对图像采集和远程管理主体进行连接，同时基于远程管理主机实现对机器人的监视与远程性的控制。在本体控制方面，机器人的本体控制系统可以基于运动控制、图像采集和传输、中央处理平台和辅助系统等方面构成。运动控制系统总共涉及到 12 个电机，而 12 个电机分别基于 12 个无刷直流电机进行驱动，此时每一路驱动器可以基于 CAN 总线获得运动控制相关指令，此时可以配合限位传感器、编码器从而获得电机运动状况的数据信息，并为后续数据反馈与调节实现精准性的控制。对于操作人员而言，可以基于远程方式实现对机器人的控制，此时可以结合设备展现的视频图像做出对应决策，但是视频的图像清晰度和传输时延等问题仍然比较明显。在图像采集和传输系统方面，可以基于 4 路微型摄像机实现对图像的采集以及压缩编码处理，可以基于无线网络传输到远程管理设备当中，此时可以兼并视频清晰度的问题，从而解决无线传输的时延问题，让用户能够做出更加准确、快速的控制决策。在中央处理平台方面，可以基于辅助系统实现对机器人的实时性监控，同时还可以实现对机器人的关26电气技术与经济/研究与开发2023.05/节控制、电源监控以及机箱温度控制、远程管理主体通信系统的支持。基于实时性监控机器人在机身的倾角情况下，需要积极调节自身的重心，针对机器人的不同关节电机电流、位置信息以及速度实现积极有效的反馈调节，从而实现对电池的有效监控，确保机器人的运行安全性。在远程管理主机控制系统方面，其主要构成涉及到电源、控制和通信三个方面，其中电源系统可以基于远程管理主体完成对系统的控制，此时控制系统主要涉及到电源监控，基于接收、发送、显示、处理机器人信息等实现对控制方案的设计，此时可以基于通信系统实现对无线数据的收发5。在远程管理主机方面，可以基于机器人完成现场指挥，此时所有的控制指令可以基于远程管理主体进行操作。在作业控制方面，机器人的运动关节普遍涉及到移动和旋转两个方面，作业过程中机器臂的运动情况主要涉及到横向移动、伸缩、旋转以及纵向移动等相关运动，此时不同的运动形式表现和方向的不统一，此时会直接影响作业臂的分析和建模，此时需要结合不同关节作为坐标原点，并基于机械臂以横移关节、伸缩关节，构建关节的空间坐标系，从而实现对不同动作的运动控制。3结束语综上所述，输电线路导线上防震锤因为长期遭受雨雪天气的影响，锤头腐蚀断裂和螺栓松动移位情况会频发，如果没有及时进行检修与维护管理，此时故障防震锤则无法发挥原本的防震效果，从而进一步提升导线的运行损耗问题。为了更好的保障机器人可以替代等电位人工实现对防震锤带电更换任务，需要做好对机器人的基础结构和关键部分方面的机电传动，同时结合防震锤更换的带电作业机器人设计具体的机载控制和便携式移动地面站，从而实现对防震锤的高质量、高效率以及安全稳定安装，以此保障输电线路综合运行效果。参考文献 1王正波，张涛.架空输电线路导线防震锤更换新技术研究与应用 J.华东科技:学术版，2014(12):2 2周展帆，严宇，邹德华，等 高压输电线路带电更换防振锤机器人的研制 J 电力科学与技术学报，2020，35(2):6 3雷霆，钟玉，韦海彬，钟力强，张晓晔 高压输电线路作业机器人系统设计与应用研究 J 制造业自动化，2022，44(3):81-85 4刘艳梅，文师华，陈震，张东禹，刘义，郑志刚输电线路防震锤复位机器人的目标识别 J 沈阳航空航天大学学报，2021，38(4):61-69 5蔡晓斌，刘荣海，杨发，郑欣，郭新良，杨迎春，虞鸿江 基于机器人视觉识别的防震锤智能运维研究 J 云南电力技术，2020，48(4):2-6(收稿日期:2023-04-04)(上接第 60 页)4结束语人工智能技术作为电气自动化发展的重要技术支撑，对相关技术的合理应用能够有效提高电气自动化控制效果，保证电气系统的运行稳定性。在电气工程建设中，应当重视对该技术的应用，在多种运用场景加强对人工智能的技术融合，以全面提高电气自动化控制的效率和精度，实现电气工程的可持续发展建设。参考文献 1 史玉芳 人工智能技术在自动化控制中的应用J 电子技术，2022，51(12):228-229 2 顾视江 电气自动化控制中人工智能技术的应用J 现代工业经济和信息化，2022，12(11):165-167 3 贺赫 电气自动化技术中人工智能的应用研究J 中小企业管理与科技，2022(10):133-135 4 陈克骏 电气工程自动化中人工智能的应用J 信息记录材料，2020，21(2):82-83(收稿日期:2023-03-21)36电气技术与经济/研究与开发