魏 偉，楊 帥，李濟時

（沈陽科技學院 信息與控制工程系，遼寧 沈陽 110000）

0 引 言

電力行業(yè)是人們基礎生活的保障，因此，其安全性是至關重要的[1]。輸電線路是電網的重要組成部分之一，線路巡檢能夠保證輸電線路安全的運行，能夠及時發(fā)現(xiàn)電力線的安全隱患，預防電力線故障的發(fā)生，或者縮小故障發(fā)生的范圍。

隨著機器人技術的發(fā)展，利用機器人對電力線路進行安全巡檢備受關注，也是當前電力線巡檢技術的發(fā)展趨勢?；诖?，提出了基于多自由度機器人的電力線巡檢研究。

1 電力線巡檢技術框架

根據(jù)電力線路巡檢的要求，確定多自由度機器人需要獲取的信息和作業(yè)方式[2]。圖1為電力線路巡檢技術框架。

圖1 電力線路巡檢技術框架

2 電力線巡檢作業(yè)流程

多自由度機器人電力線巡檢分為三個步驟，需要先對原始的數(shù)據(jù)進行采集，制作機器人電力線路巡檢的任務計劃。再通過快速巡檢的模式獲取相關幾何位置信息、數(shù)字地形模型、線路激光點云等相關信息。然后利用獲取的激光點云等制作巡檢任務計劃，為后續(xù)對電力線路進行故障診斷和分析做準備[3]。

控制器主要根據(jù)傳感器傳輸信號判斷多自由度巡檢機器人的具體位置，然后根據(jù)具體位置對其進行控制，給出左右機械臂的運行速度差。對速度進行規(guī)劃后可以確保多自由度巡檢機器人整體速度不變，使其多自由度巡檢機器人趨于穩(wěn)定。在這種情況下，確定巡檢機器人左右機械臂的理想運行速度，實現(xiàn)多自由度巡檢機器人的速度閉環(huán)控制。

3 基于多自由度機器人的電力線巡檢研究

根據(jù)上述電力線巡檢需求，設計了一種多自由度電力線巡檢機器人。電力線巡檢機器人主要依附在高壓輸電線上進行作業(yè)，與普通機器人不同，巡檢機器人的運動形式會受到電力線的影響，會對巡檢機器人的運動形式形成阻礙。因此，要根據(jù)具體的巡檢環(huán)境和作業(yè)內容對巡檢機器人進行設計。

3.1 結構和越障機構設計

電力線巡檢機器人的每個關節(jié)視為一個自由度來進行計算，本文設計的多自由度機器人共有5個自由度。主要是通過機械臂旋轉方式跨越電力線中的障礙。具有三個機械臂，可以進行相對旋轉運動，對障礙物進行跨越。多自由度機器人在跨越障礙物時，主要通過機械臂中的旋轉機構來實現(xiàn)。其中的升降機構可以和旋轉機構完美合作，對驅動機構和夾緊機構進行驅動，使其在電力線上進行轉動和移動，從而成功跨越障礙物。多自由度機器人工作時主要是由驅動機構提供動力，升降機構來提供支撐動力。

多自由度機器人的核心機構是越障機構。越障機構設計主要包括旋轉機構、升降機構、驅動機構和夾緊機構，本文主要介紹旋轉機構和夾緊機構的設計。

3.2 多自由度機器人在電力線巡檢中的利弊

利用多自由度巡檢機器人進行電力線巡檢工作時，能夠自動進行巡檢，自動跨越障礙物進行巡檢。通過預先對機器人進行設置，能夠準確的收集可見光圖像等重要信息，并且存儲在機器人中，為后續(xù)工作做準備。在巡檢結束后，工作人員只需對機器人收集到的信息進行分析，并進行相應的處理，從而準確的找到故障所在。但是，在使用過程中也存在一定的弊端，由于電力線巡檢機器人的技術還不夠完善，因此，當機器人出現(xiàn)故障時，維修時間和費用相對較高。圖2為多自由度機器人的巡檢過程圖。

圖2 多自由度機器人巡檢過程

4 實驗結果與分析

為了保證多自由度機器人的有效性，需要設計實驗對其進行驗證。在實驗過程中，將多自由度機器人作為實驗對象，觀察實驗對比結果。在實驗過程中，將傳統(tǒng)巡檢機器人稱為對照組，設計的巡檢機器人稱為實驗組。

4.1 數(shù)據(jù)準備

為了盡可能保障實驗結果的準確性，需要對實驗過程中的參數(shù)進行相應設置，本文采用的是兩種不同的巡檢機器人對電力線進行巡檢。因此，在實驗過程中必須保證外部環(huán)境參數(shù)的一致。實驗參數(shù)設置結果如表1所示。

表1 實驗參數(shù)設置結果

4.2 實驗對比結果

在實驗過程中，由于采用的巡檢機器人不同。因此，引用第三方軟件對其實驗數(shù)據(jù)進行記錄和分析。主要通過巡檢機器人巡檢速度驗證機器人的有效性。實驗對比結果如圖3所示。

圖3 實驗對比結果

如圖3所示，實驗組巡檢速度均高于對照組。實驗組巡檢速度最高值達到50 m/min，平均速度可以達到40 m/min。而對照組巡檢速度最高值為23 m/min，平均速度為15 m/min。由曲線和數(shù)據(jù)均可以看出，實驗組巡檢速度比對照組的高出25 m/min，說明多自由度巡檢機器人具備極高的有效性。

5 結 論

綜上所述，分析了電力線巡檢技術，根據(jù)電力線巡檢需求設計了多自由度巡檢機器人，并進行實驗驗證。雖然在巡檢速度上有了質的提高，但是，依然有很大的進步空間，需要對其進行進一步的研究。