小型智能巡检机器人在管道缆线故障检测中的应用_罗鑫文.pdf

Application 创新应用178 电子技术 第 52 卷 第 6 期（总第 559 期）2023 年 6 月好保障。利用无人化智能运维技术，进而实现巡视智能化、操作程序化、检修少人化、作业零风险，具有人工不可替代的优越性，对实现对电力电缆的状态全感知、状态全管控，提升电网基础设施智能化、运维精益化、服务主动化水平，提高用户供电可靠性和供电质量具有重大意义。1 系统总体设计设计思路。针对地下电力电缆智能巡检机器人的结构设计：（1）针对巡检机器人的行走驱动结构展开设计；（2）针对巡检机器人调节装置收缩性能展开设计；（3）针对机器人的外壳抗干扰隔离设计；（4）针对机器人总体模型设计。结合这4个步骤形成一套完整的思路。总体设计。该机器人包括机体、设于机体的行0 引言巡检机器人的机械结构是基础工作，该结构设计对于确保机器人适应管道环境并能够正常运行具有重要意义。要想将机械和结构的功能充分发挥，必须以机械结构为基础，而在对机械结构设计时是根据机械和结构的功能进行设计。利用机械建模和机械图纸，遵循服务于电子仓内探测设备的原则。本机械结构根据不同的电缆分布和管道的特征，采用丝杆调节装置，提高了巡检机器人的通过性，并且由于机体与行走机构的良好联动，机器人体积小，机械结构紧凑，机器人的可操控性大大地提高，能够在一定程度上替代人工巡检。电子仓内的设备提供的良好环境，以及机器人结构强度的增大，为机器人提高效率和进行高强度的作业提供良作者简介：罗鑫文，重庆交通大学；研究方向：智能巡检机器人。收稿日期：2022-08-05；修回日期：2023-06-12。摘要：阐述保证电子仓能够在电缆管道环境内稳定运行，优化机器人巡检的行进方式，设计一种以复合材料为主，能够实现抗干扰隔离作用的机械结构。该设计包括机体、设于机体的行走装置以及三根调节杆以单自由度转动连接方式连接于丝杆螺母的调节装置。装置可提高行走于凹凸不平的缆线管道时的通过性，利于满足管道内电缆多模态和多自由度的运动检测要求。电子仓内的设备能够在平稳状态下实现对电缆状态、异物入侵状态、电缆环境三位一体的监测，从而实现地下电力管道缆线中的智能巡检机器人作业。关键词：巡检机器人，抗干扰隔离，多自由度，地下电力管道缆线。中图分类号：TP242文章编号：1000-0755(2023)06-0178-02文献引用格式：罗鑫文，张坤.小型智能巡检机器人在管道缆线故障检测中的应用J.电子技术,2023,52(06):178-179.小型智能巡检机器人在管道缆线故障检测中的应用罗鑫文，张坤（重庆交通大学，重庆 400074）Abstract This paper expounds how to ensure the stable operation of the electronic warehouse in the cable pipeline environment and how to optimize the way of robot inspection,a mechanical structure based on composite materials is designed to realize the effect of anti-interference and isolation.The design includes a body,a walking device arranged on the body and a adjusting device with three adjusting rods connected to the screw nut in a single degree of freedom rotating connection.The device can improve the passability when walking on the uneven cable pipeline,which is conducive to meet the requirements of multi-mode and multi-freedom motion detection of the cable in the pipeline.Ensure that the equipment in the electronic warehouse can realize the three-in-one monitoring of cable state,foreign body intrusion state and cable environment under the stable state,so as to realize the efficient operation of the intelligent inspection robot for underground power pipeline cable.Index Terms inspection robot,anti-interference isolation,multiple degrees of freedom,underground power pipeline cable.Application of Small Intelligent Inspection Robot in Pipeline and Cable Fault DetectionLUO Xinwen,ZHANG Kun(Chongqing Jiaotong University,Chongqing 400074,China.)Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 6 期（总第 559 期）2023 年 6 月 179走装置和调节装置，如图1所示。该地下电力电缆智能巡检机器人两轮式行走机构分别贴合管道内壁并从左右两侧对机体进行支撑，使得机体得以定位在管道内，机体则在履带驱动电机的驱动下沿管道移动；履带行走机构与轮式行走机构相结合，由于履带本体接地面积较大且表面布满齿槽，使得其与管道内壁之间具有较大的摩擦力，可提供充足的驱动力，从而提高机器人行走于凹凸不平的缆线管道时的通过性；调节装置中调节杆的近端均以单自由度转动连接方式连接于丝杠螺母，实现支撑杆变径需求，利于满足管道内电缆多模态和多自由度的运动检测要求，而轮式行走机构作为支撑及从动机构，则可有效减少机器人的驱动元件，使得机器人的结构紧凑化。2 机械结构设计 2.1 机体及行走装置设计该巡检机器人的机体及设于机体的行走装置包括一个设于机体上方的履带行走机构及两个对称设于机体左右两侧的轮式行走机构，采用轮履结合方式提高电缆管道空间的利用率。履带行走机构包括履带支架、履带本体和履带驱动电机，履带支架通过支撑杆与机体相连接；履带支架的前后两端均安装有履带驱动齿轮，履带本体环绕履带支架设置并且其内侧壁与履带驱动齿轮相啮合，履带驱动电机安装在履带支架内部并用于驱动其中一履带驱动齿轮旋转；履带支架的下侧连接有两块“C”形的连接板，支撑杆的数量为两根且平行设置，两支撑杆的上端均以单自由度转动连接方式连接在连接板的底面中部、下端均以单自由度转动连接方式连接在机体顶面，履带支架、两撑杆及机体连接形成平行四边形结构。轮式行走机构包括行走轮，行走轮通过支撑杆与机体相连接，在设计中，为了尽可能减小机器人的质量以及增强电子仓内硬件设备的可容纳性，选用密度较轻的材料，减小总体质量并缓解行走轮压力，通过合理排布可以降低重心，并在一定程度上减小事故概率，为电子仓提供了良好的工作条件。2.2 调节装置该电缆管道巡检机器人还包括一调节装置包括丝杠、用于驱动丝杠转动的丝杠驱动电机、活动套设在丝杠上的丝杠螺母及三根沿周向均匀分布的调节杆。丝杠通过轴承座固定在机体内部，丝杠驱动电机通过电机座固定在机体内部，三根调节杆的近端均以单自由度转动连接方式连接于丝杠螺母；三根调节杆中，位于上侧的调节杆的远端从机体伸出并以单自由度转动连接方式连接在其中一支撑杆侧面，其他两根调节杆的远端从机体伸出并以单自由度转动连接方式连接在支撑杆侧面。机体为由顶板、底板、前侧板、后侧板、左侧板及右侧板围合连接形成的箱型结构，其顶板、左侧板及右侧板上均开设有用于供调节杆伸出及移动的调节孔。该机架最大的优点在于小巧轻便且能够最大程度适应管道作业，三组调节杆能够很好地稳定机器人中部的同时，根据管道大小进行自适应变径。3 结语由于目前地下电力管道缆线检测人工停电检修智能化程度低、作业难度大等问题，依据目前城市实际地下线缆最小管道尺寸设计一种小型智能巡检机器人，该机械装置基于为电子仓提供良好的工作条件，主要服务于适应电缆管道环境，本装置本着简洁美观的原则，借鉴于现有技术中电缆巡检机器人采用滚轮作为行进装置，当行走于凹凸不平的缆线管道时通过性较差，采用履带式和轮式相结合的运动结构，较好地处理了行进机构与调节杆间的联动问题。同时，也增加了机体的强度确保其使用寿命，满足管道内电缆多模态和多自由度的运动检测要求。该装置实现了地下电力管道缆线智能化、无人化检测，降低了人工作业成本，大幅度提高了电缆故障检测效率，同时可推广应用于各种地下管道的智能巡检场景。参考文献1 杜欣秋.电力运行电缆路径探测新方法研究J.黑龙江电力,2012,34(04):303-306.2 董明泽,韩雨薇,许凯成,段睿劼,朱天宇.轮式移动机器人定位和导航系统设计J.科技资讯,2020,18(31):31-33.3 杜益刚,李华雷.基于Pro/E的电缆隧道巡检机器人行走机构设计与仿真J.机械传动,2013,37(10):75-78.图1 电力电缆智能巡检机器人的结构