文档介绍：国内外研究现状
架空输电线路长期暴露在野外,因受到持续的机械张力、风吹日晒、材料老化的影响,经常出现断股、磨损、腐蚀等损伤,如不及时修复更换,原本微小的破损和缺陷就可能扩大,最终导致严重事故,造成大面积停电,从而带来极大的经济损失和严重的社会影响。
利用机器人带电巡检和维护超高压输电网络,不但可以减轻工人千里巡线和带电作业的劳动强度,而且对提高电网自动化作业水平、保障电网安全运行具有重要意义。在机器人研究领域中,电力机器人属于典型的特种机器人,其研究应用范围越来越广,在国际上形成了独特的电力机器人应用研究领域,特别是机器人技术在架空输电线路巡检、异物清除等方面的应用研究(即架空输电线路机器人)更是电力机器人研究领域中的热点。架空输电线路机器人是以移动机器人为载体,携带检测仪器或作业工具,沿架空输电线路的地线或导线运动,对线路进行检测、维护等作业。
架空输电线路带电维护机器人在美加、日韩、欧洲和我国都有研制,这些机器人多数只能从事可见光和红外视频检测,且跨越障碍(如间隔棒、防振锤等金具)的效率较低。以下简单介绍架空输电线路移动机器人综述
1988年日本东京电力公司首先研制了具有初步自主越障能力的光纤复合架空地线巡检移动机器人,该机器人依靠内嵌的输电线路结构参数进行运动行为的规划。当遇到杆塔时,该机器人利用自身携带的导轨从杆塔侧面滑过,因为没有安装外部环境感知传感器,因而适应性较差,而且导轨约100kg,机器人自身过重,对电池供电有更高要求。
图1 日本东京电力公司的巡线机器人
1989年美国TRC公司研制了一台悬臂自治巡检机器人模型,能沿架空导线进行较长距离的行走,可进行电晕损耗、绝缘子、结合点、压接头等视觉检查任务,并将探测到的线路故障参数进行预处理后传送给地面人员。
图2 美国TRC公司的巡线机器人
1990年日本法政大学的Hideo Nakamura等人开发了电气列车馈电电缆巡检机器人,采用多关节小车结构和“头部决策,尾部跟随”的仿生控制体系,以10cm/s的速度沿电缆平稳爬行,并能跨越分支线、绝缘子等障碍物。
图3 日本法政大学的巡线机器人
由日本Sato公司生产的输电线路损伤探测器也采用了单体小车结构,能在地面操作人员的遥控下,沿输电线路行走,利用车载探测仪器探测线路损伤程度及准确位置,将获取的数据和图片资料存储在数据记录器中。地面工作人员可回放复查,进一步确定损伤情况。
图4 日本Sato公司的巡线机器人
加拿大魁北克水电研究院2000年开始了Line Rover遥控小车的研制工作。遥控小车起初用于清除电力传输线地线上的积冰,逐渐发展为用于线路巡检、维护等多用途移动平台。该移动小车驱动力大,能爬上52度的斜坡,通信距离可达1km。小车采用灵活的模块化结构,安装不同的工作头即可完成架空线视觉和红外检查、压接头状态评估、导线清污和除冰等带电作业,但不具有越障能力。
图5 加拿大魁北克水电研究院的巡线机器人
由日本关西电力公司、东京Hibot公司、J能源系统有限公司及东京工业大学的科研人员联合研制出了Expliner电力机器人,图6为其第一代样机,图7为第二代样机。由图可见,第二代机器人在结构上进行了改进,移动轮和调整重心的关节臂型式更加简单紧凑,刚性提高。第二代样机的性能参数为:质量:84 kg,尺寸:宽×高×长=500×1060×715 mm,移动速度: m/s。据介绍,Expliner电力机器人1天时间能够检查约900米长的线路。Expliner机器人能够直接压过间隔棒,并能够跨越至有转角的线路上,但不能跨越引流线。
图6 Expliner电力机器人(第一代)
图7 Expliner电力机器人(第二代)
继Line Rover除冰机器人之后,加拿大魁北克水电公司研制的架空输电线路带电维护机器人Line Scout代表了目前该方向的最高技术水平,它能够跨越常见的线路金具,如绝缘子串、间隔棒、防振锤等,不但可以进行可见光和红外视频检测,而且安装有机械臂,能够从事压接管电阻测量、断股修补、防振锤拖回等带电作业任务。
图8 LineScout在架空输电线路上运行
图9 LineScout跨越绝缘子串和防振锤<br综述
十五期间,针对国内电力输配电对超高压巡线与带电作业机器人的急需,机器人技术主题组织开发了具有自主知识产权的超高压输电线路故障巡检机器人、绝缘瓷瓶带电清扫机器人、高压输电线路带电检修机器人等电力作业机器人,在电力系统中投入了使用。包括:110KV输电线路自动巡检机器人、220kV沿相线巡线机器人、500KV超高压输电线路巡检机器人等。
图10为中科院沈阳自动化所王洪光教授研制的两臂巡线机器人。机器人通过前手臂抓紧导线并旋转