蔡光柱 楊 振 鄭鵬超

大跨越輸電線路巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

蔡光柱 楊 振 鄭鵬超

（北京國(guó)網(wǎng)富達(dá)科技發(fā)展有限責(zé)任公司，北京 100071）

大跨越輸電線路往往地處臺(tái)風(fēng)多發(fā)、振動(dòng)強(qiáng)烈、鹽漬嚴(yán)重等惡劣自然環(huán)境中，為解決大跨越輸電線路日常無法人工巡檢的難題，本文設(shè)計(jì)一款大跨越輸電線路巡檢機(jī)器人系統(tǒng)。該巡檢機(jī)器人本體通過越障裝置可從塔頭跨越到地線，進(jìn)而沿地線開展巡檢工作；兩端塔頭上安裝有智能充電巢，可對(duì)機(jī)器人電池進(jìn)行無線充電，解決機(jī)器人野外充電問題；RTK差分定位系統(tǒng)配合高精度行走碼盤，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人厘米級(jí)別精確定位，提高了機(jī)器人圖片、視頻采集的準(zhǔn)確率；通過4G模塊，機(jī)器人可將自身狀態(tài)、輸電通道運(yùn)行信息、圖片、視頻等傳輸?shù)椒?wù)器遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)，便于巡檢人員遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看線路運(yùn)行是否正常。該機(jī)器人有效降低了輸電線路巡檢人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作危險(xiǎn)性，實(shí)現(xiàn)了大跨越輸電線路的高精度自動(dòng)化巡檢。

輸電線路；大跨越；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；無線充電；差分定位系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

0 引言

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大功率的電能輸送，近年來國(guó)家電網(wǎng)公司大規(guī)模建設(shè)特高壓輸電網(wǎng)，輸電線路經(jīng)過的地理環(huán)境越來越復(fù)雜，往往地處臺(tái)風(fēng)多發(fā)、振動(dòng)強(qiáng)烈、鹽漬嚴(yán)重等惡劣自然環(huán)境中，輸電線路日常巡檢面臨巨大難度，有些大跨越線路甚至無法巡檢。

受自然條件限制，往往無法巡檢大跨越輸電線路，即使采用人工巡檢，受視角影響，也無法檢查高層設(shè)備；同時(shí)受巡視人員人數(shù)、技術(shù)水平及其他因素影響，巡視質(zhì)量參差不齊，對(duì)線路的巡視存在一定的局限性，無法實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)。在臺(tái)風(fēng)、雨雪等特殊天氣條件下，人工巡檢存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，甚至無法開展人工巡檢；而且人工巡檢存在工作效率低、監(jiān)測(cè)質(zhì)量分散、手段單一等不足，檢測(cè)的數(shù)據(jù)也無法準(zhǔn)確、及時(shí)地接入信息管理系統(tǒng)。目前各檢修公司面臨工作人員老齡化、新進(jìn)員工少、巡檢人員嚴(yán)重不足的窘境，人工巡檢數(shù)據(jù)無法數(shù)字化，不利于后期處理。

為解決上述諸多問題，歐、美、日等眾多國(guó)外研究機(jī)構(gòu)和國(guó)內(nèi)一系列廠家均對(duì)輸電線路機(jī)器人進(jìn)行了研究，20世紀(jì)90年代，加拿大魁北克研究人員提出“電力巡檢機(jī)器人”的構(gòu)想，日本東芝等公司和歐美科研院所也開始相關(guān)的科技研發(fā)工作。同時(shí)，我國(guó)科研人員也對(duì)此做了一系列研發(fā)工作。劉貞瑤等設(shè)計(jì)了一種新型越障裝置，解決了輸電線路機(jī)器人無法越障、無法實(shí)現(xiàn)全線路巡檢的問題，采用無線充電的方式，實(shí)現(xiàn)了鋰電池的野外無接觸式充電，提高了巡檢機(jī)器人的巡檢范圍[1]。多年來，吳功平團(tuán)隊(duì)對(duì)輸電線路巡檢機(jī)器人進(jìn)行系統(tǒng)性研究，對(duì)機(jī)器人的控制系統(tǒng)、越障方法、定位系統(tǒng)等進(jìn)行了大量研究，提出一系列解決方案[2]。彭向陽等研發(fā)了穿越式、跨越式兩類巡檢機(jī)器人，提出機(jī)器人行走路徑改造方法，首次設(shè)計(jì)了機(jī)器人自動(dòng)上下線裝置，并完成了機(jī)器人全自主巡檢系統(tǒng)的研 制[3]。李睿等引入基于物聯(lián)網(wǎng)框架的多傳感器融合算法，提出基于自抗擾控制技術(shù)的多機(jī)協(xié)調(diào)控制策略，并驗(yàn)證了其可行性[4]。

受常規(guī)人工巡視和視頻監(jiān)控的限制，無法發(fā)現(xiàn)大跨越輸電線路導(dǎo)線上部和桿塔頂部的缺陷，難以實(shí)現(xiàn)精益化巡視，有必要采用巡檢機(jī)器人代替人工登塔巡檢?，F(xiàn)有的輸電線路巡檢機(jī)器人沒有針對(duì)大跨越線路進(jìn)行設(shè)計(jì)，無法適應(yīng)大跨越輸電線路；且普遍存在功耗大、野外無法充電、定位不準(zhǔn)確、檢測(cè)方式單一等缺點(diǎn)。綜合以上研究，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)低功耗技術(shù)，本文設(shè)計(jì)一種功耗低、能夠野外充電且定位精度高的大跨越輸電線路巡檢機(jī)器人系統(tǒng)[5]，該機(jī)器人可實(shí)時(shí)采集大跨越輸電通道中金具、絕緣子、桿塔和線路走廊等信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期缺陷，從而實(shí)現(xiàn)大跨越輸電線路自動(dòng)化巡檢，降低巡檢人員高空作業(yè)的危險(xiǎn)性，可以有效解決現(xiàn)有大跨越輸電線路人工巡檢存在的問題，實(shí)現(xiàn)大跨越輸電線路數(shù)字化管理。

1 總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的大跨越輸電線路巡檢機(jī)器人系統(tǒng)組成如圖1所示，主要包括RTK（real-time kinematic）差分定位[6]系統(tǒng)、充電駐留巢穴[7]、越障橋和機(jī)器人本體四部分。RTK差分定位系統(tǒng)安裝在塔頭最高處，用于接收GPS信號(hào)，機(jī)器人輪子上安裝有Sick高精度碼盤，與RTK差分定位系統(tǒng)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)別的精確定位，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)巡檢時(shí)的預(yù)置位設(shè)置；充電駐留巢穴前端裝有無線充電發(fā)射端，機(jī)器人利用碼盤和紅外裝置到達(dá)駐留巢穴，實(shí)現(xiàn)無線充電的精確對(duì)準(zhǔn)，當(dāng)發(fā)射端電壓符合設(shè)定值時(shí)，開啟平衡充電模式，對(duì)機(jī)器人電池過程進(jìn)行智能化管理，解決電池組和電池相關(guān)的故障，如過電壓、欠電壓、過電流、短路電流、過載等。采用無線充電方式對(duì)機(jī)器人電池充電，解決了傳統(tǒng)有線充電方式易短路、接觸節(jié)點(diǎn)易磨損、易產(chǎn)生火花等問題。

圖1 機(jī)器人系統(tǒng)組成

巡檢機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，通過安裝在塔頭的越障裝置可以跨越地線上的防震錘行走到地線上，在大跨越鐵塔檔距之間行走[8]；為解決大跨越線路爬坡角度大的問題，選用Maxon高功率電機(jī)，配合Escon50/5驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)效率高于90%，最高功率可達(dá)170W；主動(dòng)輪內(nèi)側(cè)裝有高摩擦系數(shù)的橡膠，從動(dòng)輪和主動(dòng)輪上下夾緊地線可以增大主動(dòng)輪與地線之間的摩擦力，增強(qiáng)機(jī)器人的爬坡能力。為降低地線、桿塔振動(dòng)帶來的不利影響，提高圖片、視頻的采集質(zhì)量，采用雙光三軸維穩(wěn)云臺(tái)。該維穩(wěn)云臺(tái)[9]帶有紅外雙光攝像頭，對(duì)導(dǎo)線和地線進(jìn)行拍照，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路溫度變化；所采集圖片通過圖傳模塊保存到地面手持端，巡檢人員可及時(shí)查看大跨越線路運(yùn)行是否正常，另外，通過4G模塊可將機(jī)器人自身狀態(tài)和線路運(yùn)行數(shù)據(jù)傳回電力公司集控中心，便于巡檢人員遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

圖2中從動(dòng)輪位于地線下方，在從動(dòng)輪電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下可以上下運(yùn)動(dòng)，與主動(dòng)輪一起構(gòu)成一個(gè)封閉框，保證機(jī)器人在任何時(shí)候不脫線，避免發(fā)生墜落事故；輔助攝像頭具有固定的向上視角，用于觀察地線及機(jī)器人主、從動(dòng)輪的運(yùn)行情況；機(jī)器人的外形采用圓弧形設(shè)計(jì)，有效降低了風(fēng)阻。

圖2 巡檢機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)示意圖

2 超低功耗模式設(shè)計(jì)

為有效延長(zhǎng)鋰電池的使用壽命和工作時(shí)間，大跨越輸電線路巡檢機(jī)器人本體采用低功耗設(shè)計(jì)[10]。硬件采用最新STM32L5超低功耗MCU芯片，其專有的超低功耗技術(shù)可在性能和功耗之間實(shí)現(xiàn)最優(yōu)平衡，是物聯(lián)網(wǎng)節(jié)能設(shè)計(jì)中一款應(yīng)用廣泛的微控制器。

該機(jī)器人控制系統(tǒng)在軟件方面使用雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在STM32L5芯片上移植物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)RT- Thread對(duì)巡檢機(jī)器人本體的本地通信、運(yùn)動(dòng)控制、傳感器采集及云臺(tái)控制等任務(wù)進(jìn)行合理有效分配與管理，盡量降低系統(tǒng)功耗；ARM芯片上移植使用Linux系統(tǒng)，對(duì)巡檢機(jī)器人的自動(dòng)巡檢、4G通信、圖片采集、發(fā)送及自動(dòng)充電等任務(wù)進(jìn)行管理；當(dāng)巡檢任務(wù)結(jié)束或者機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到充電巢穴時(shí)，進(jìn)入非工作狀態(tài)關(guān)閉各傳感器、本地通信、圖像傳輸、電機(jī)、云臺(tái)等模塊的電源，僅保留與Linux系統(tǒng)及后臺(tái)服務(wù)器的通信模塊，使機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)，從而最大程度上降低機(jī)器人的功耗，有效延長(zhǎng)電池工作時(shí)間，擴(kuò)大機(jī)器人的巡檢半徑[11]。當(dāng)機(jī)器人接收到巡檢指令或者滿足巡檢任務(wù)開啟條件時(shí)，機(jī)器人打開各傳感器、本地通信、圖像傳輸、電機(jī)、云臺(tái)等模塊的電源，進(jìn)入自動(dòng)巡檢狀態(tài)。相比于傳統(tǒng)巡檢機(jī)器人，本文采用低功耗模式設(shè)計(jì)，機(jī)器人系統(tǒng)功耗大大降低，延長(zhǎng)了巡檢機(jī)器人電池使用壽命，巡檢半徑擴(kuò)大三倍以上，可以達(dá)到大跨越輸電線路自動(dòng)巡檢的要求。功耗對(duì)比見表1。

表1 功耗對(duì)比 單位：W

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

3.1 機(jī)器人本體硬件設(shè)計(jì)

該機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用嵌入式雙控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[12-13]，巡檢機(jī)器人本體能夠利用越障橋行走到地線上，進(jìn)而在大跨越輸電線路檔距之間無障礙行走。當(dāng)巡檢機(jī)器人本體行走到越障橋時(shí)，巡檢機(jī)器人本體攜帶的紅外開關(guān)能識(shí)別越障橋，將信號(hào)傳給STM32控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)壓力傳感器夾緊力，根據(jù)越障橋機(jī)械結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速、風(fēng)力大小，調(diào)整過橋控制算法參數(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)輸出功率和壓力傳感器夾緊力大小，控制機(jī)器人主動(dòng)輪電機(jī)運(yùn)行方向和速度，順利平穩(wěn)行走到地線上；在地線上行走時(shí)，根據(jù)地線爬坡角度，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電機(jī)輸出功率和速度，最大爬坡角度可達(dá)50°，滿足大跨越線路的要求?？紤]到大跨越輸電線路巡檢機(jī)器人的工作場(chǎng)景，無線通信必須確保其具有低功耗、高可靠性，綜合以上考慮，選用SX1262 LoRa芯片，用于巡檢機(jī)器人本體與地面手持端進(jìn)行無線通信，其發(fā)射功率可調(diào)，傳輸距離長(zhǎng)達(dá)十幾公里。該巡檢機(jī)器人本體可以跨越線路桿塔、防震錘等設(shè)備，采用機(jī)器人過橋控制算法，巡檢機(jī)器人本體能平穩(wěn)跨越越障橋，可在地線上實(shí)現(xiàn)上坡、下坡、越障等功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大跨越線路內(nèi)自動(dòng)化巡檢，如采集線路運(yùn)行信息、定點(diǎn)采集圖片、視頻等。大跨越輸電線路巡檢機(jī)器人本體硬件設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 大跨越輸電線路巡檢機(jī)器人本體硬件設(shè)計(jì)

3.2 無線充電管理

目前，機(jī)器人自動(dòng)充電存在以下不足：①受到自動(dòng)定位精度的限制，不易對(duì)準(zhǔn)充電觸點(diǎn)；②有線充電要求充電觸點(diǎn)對(duì)接精確性高，增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性；③充電觸點(diǎn)多次插拔，會(huì)引起機(jī)械磨損，導(dǎo)致接觸松動(dòng)；④長(zhǎng)期處于室外環(huán)境，充電觸點(diǎn)容易附著污物，導(dǎo)致接觸不良，也極易引起電路短路，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性。鋰電池使用過程中最重要的就是充電，充電性能的好壞直接影響著鋰電池的使用壽命和電池性能，采用平衡充電模式可以有效提高電池充電效率，進(jìn)而延長(zhǎng)鋰電池的使用壽命[14]。

為解決以上問題，本文設(shè)計(jì)無線充電系統(tǒng)[15]，在塔頭安裝無線充電發(fā)射裝置，機(jī)器人上端安裝無線充電接收裝置和紅外定位裝置。為實(shí)現(xiàn)充電位置的精確定位，采用紅外開關(guān)和Sick高精度防水碼盤，利用Z相零位脈沖消除測(cè)量時(shí)的累計(jì)誤差。為實(shí)現(xiàn)鋰電池的自動(dòng)平衡充電功能，本文基于TI公司生產(chǎn)的電量監(jiān)測(cè)計(jì)芯片組BQ40Z80，針對(duì)過電壓、欠電壓、過電流、短路電流、過載和過熱條件，以及其他與電池組和電池相關(guān)的故障，設(shè)計(jì)了鋰電池自動(dòng)充電模塊，提供安全保護(hù)功能，可準(zhǔn)確預(yù)計(jì)電池組的運(yùn)行時(shí)間，最大限度延長(zhǎng)電池運(yùn)行時(shí)間和提高有效電池容量。鋰電池平衡充電過程如圖4所示。

圖4 鋰電池平衡充電過程

3.3 定位系統(tǒng)

GPS的定位精度受地球電離層、衛(wèi)星軌道誤差等因素影響，導(dǎo)致民用GPS的定位精度很差，其定位誤差達(dá)到幾米，巡檢機(jī)器人在進(jìn)行大跨越輸電線路自動(dòng)巡檢時(shí)，需要實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)別定位，才能準(zhǔn)確檢測(cè)電力設(shè)備運(yùn)行狀況、采集到輸電走廊及其設(shè)備的清晰圖片、視頻，采用GPS定位無法滿足巡檢機(jī)器人自動(dòng)巡檢定位的要求。因此，需要在塔頭安裝差分定位系統(tǒng)基準(zhǔn)站，其采用雙頻載波相位差分技術(shù)[16]，即RTK，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)巡檢時(shí)的厘米級(jí)別定位。首先塔頭基準(zhǔn)站將觀測(cè)到的載波相位測(cè)量值和自身的坐標(biāo)信息一起發(fā)送給機(jī)器人，機(jī)器人接收GPS模塊的載波相位和來自基準(zhǔn)站的載波相位測(cè)量值，通過差分的方式，逐步消除機(jī)器人定位測(cè)量數(shù)據(jù)中的誤差，Linux系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理相位差分觀測(cè)值，解算出巡檢機(jī)器人的行走坐標(biāo)。其應(yīng)用依賴基準(zhǔn)站的差分信號(hào)，利用差分定位把GPS模塊的各種誤差計(jì)算出來，將其與GPS對(duì)基準(zhǔn)站的定位結(jié)果作比較，就可以得到定位信號(hào)的偏差，再將這個(gè)偏差發(fā)送給需要定位的巡檢機(jī)器人，就可以使巡檢機(jī)器人獲得相對(duì)精準(zhǔn)的位置信號(hào)。

本文基于嵌入式Linux平臺(tái)設(shè)計(jì)了一種實(shí)用的載波相位差分技術(shù)，有效提高了巡檢機(jī)器人定位的準(zhǔn)確性和精度。在大跨越輸電線路環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明RTK定位系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，定位精度能夠達(dá)到厘米級(jí)別，滿足巡檢機(jī)器人預(yù)置位巡檢、拍照等實(shí)際要求，便于準(zhǔn)確檢測(cè)電力設(shè)備運(yùn)行狀況。RTK定位系統(tǒng)流程如圖5所示。

圖5 RTK定位系統(tǒng)流程

3.4 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)

為了減輕工作量，便于巡檢人員遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大跨越輸電線路運(yùn)行狀況[17-18]，機(jī)器人通過4G無線網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行通信，巡檢人員通過瀏覽器可以執(zhí)行以下命令：下發(fā)巡檢任務(wù)，查看機(jī)器人自身情況，查看輸電通道當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，查看現(xiàn)場(chǎng)視頻圖片；實(shí)時(shí)展示線路、桿塔、機(jī)器人和機(jī)器人的位置等信息；查看最新的缺陷識(shí)別結(jié)果，導(dǎo)出缺陷報(bào)告。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)如圖6所示。

4 模擬環(huán)境測(cè)試

輸電線路巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在大跨越輸電線路模擬環(huán)境下進(jìn)行性能測(cè)試，巡檢機(jī)器人本體通過越障橋行走到大跨越檔距之間，其行走流暢，實(shí)時(shí)檢測(cè)電力設(shè)備運(yùn)行狀況，雙光紅外攝像機(jī)可實(shí)時(shí)采集輸電走廊及電力設(shè)備的圖片，可對(duì)輸電線路下過往船只實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確識(shí)別[19-20]，巡檢機(jī)器人系統(tǒng)模擬環(huán)境測(cè)試和性能測(cè)試分別如圖7和圖8所示。模擬測(cè)試數(shù)據(jù)見表2。目前大跨越輸電線路巡檢機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，充電流暢，定位準(zhǔn)確，視頻傳輸實(shí)時(shí)性好，達(dá)到了項(xiàng)目研發(fā)設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。

圖6 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)

圖7 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)模擬環(huán)境測(cè)試

圖8 巡檢機(jī)器人系統(tǒng)性能測(cè)試

表2 模擬測(cè)試數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一款大跨越輸電線路巡檢機(jī)器人系統(tǒng)，其由駐留充電巢穴、越障裝置、差分定位系統(tǒng)、機(jī)器人本體和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)五部分組成，具有如下 特點(diǎn)：

1）機(jī)器人電池采用無線模式進(jìn)行充電，具有無金屬觸點(diǎn)、無需精確對(duì)準(zhǔn)等特點(diǎn)，解決了室外有線充電接觸節(jié)點(diǎn)易磨損、易產(chǎn)生火花、充電對(duì)準(zhǔn)困難等難點(diǎn)。

2）基于TI公司的電量監(jiān)測(cè)計(jì)芯片組，設(shè)計(jì)了鋰電池平衡充電模塊，實(shí)現(xiàn)了鋰電池平衡充電功能，有效延長(zhǎng)了鋰電池的使用壽命。

3）利用RTK定位系統(tǒng)配合機(jī)器人行走碼盤，實(shí)現(xiàn)了巡檢機(jī)器人系統(tǒng)厘米級(jí)別定位，實(shí)現(xiàn)了大跨越輸電線路高精度全自動(dòng)化智能巡檢。

4）搭載三軸維穩(wěn)云臺(tái)相機(jī)，提高了采集圖片的清晰度和穩(wěn)定性，利用其光學(xué)變焦功能可在空中看清地面物體的細(xì)節(jié)。

5）熱成像紅外吊艙可以實(shí)現(xiàn)雙光畫中畫顯示、測(cè)溫、可見光變焦、移動(dòng)跟蹤等功能。

大跨越輸電線路巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在模擬線路運(yùn)行測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)證明機(jī)器人行走平穩(wěn)，運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了大跨越輸電線路的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化巡檢，提高了巡檢人員的工作效率和大跨越線路巡檢的智能化水平。

[1] 劉貞瑤, 高方玉, 姜海波, 等. 輸電線路智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的研制及應(yīng)用[J]. 電力信息與通信技術(shù), 2019, 17(8): 57-62.

[2] 吳功平, 肖曉暉, 肖華, 等. 架空高壓輸電線路巡線機(jī)器人樣機(jī)研制[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2006, 30(13): 90-93.

[3] 彭向陽, 錢金菊, 吳功平, 等. 架空輸電線路機(jī)器人全自主巡檢系統(tǒng)及示范應(yīng)用[J]. 高電壓技術(shù), 2017, 43(8): 2582-2591.

[4] 李睿. 基于物聯(lián)網(wǎng)的輸電線路巡檢機(jī)器人控制策略研究[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2019, 27(11): 70-74.

[5] 何緣. 沿地線穿越越障的架空輸電線路巡檢機(jī)器人的研究[D]. 武漢: 武漢大學(xué), 2016.

[6] 魏葦. 基于差分GPS的變電站巡檢機(jī)器人定位導(dǎo)航系統(tǒng)的研究[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2015.

[7] 牛玉潔, 冷建偉. 應(yīng)用于智能機(jī)器人的無線充電技術(shù)研究[J]. 計(jì)算機(jī)仿真, 2017, 34(11): 348-352.

[8] 劉貞瑤, 高方玉, 高安潔, 等. 一種輸電線路智能巡檢機(jī)器人的仿真設(shè)計(jì)[J]. 電氣技術(shù), 2019, 20(12): 41-45.

[9] 彭道剛, 關(guān)欣蕾, 戚爾江. 巡檢機(jī)器人云臺(tái)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 電氣傳動(dòng), 2018, 48(11): 43-47.

[10] 李和平, 陳育新. 基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井智能巡檢機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)床與液壓, 2015, 43(11): 119-122.

[11] 郭磊, 吳功平, 麥曉明, 等. 高壓輸電線路巡檢機(jī)器人續(xù)航里程的預(yù)測(cè)方法[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版), 2018, 51(4): 347-355.

[12] 李祥, 崔昊楊, 皮凱云, 等. 基于STM32的變電站巡檢機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù), 2017, 40(17): 150-153.

[13] 卿曉東, 蘇玉剛. 電場(chǎng)耦合無線電能傳輸技術(shù)綜述[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2021, 36(17): 3649-3663.

[14] 葛學(xué)健, 孫躍, 唐春森, 等. 用于動(dòng)態(tài)無線供電系統(tǒng)的雙輸出逆變器[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2020, 35(4): 786-798.

[15] 許博. 高壓線巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究[D]. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2017.

[16] 袁正午, 何格格. 一種高精度的GPS-RTK定位技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用, 2018, 44(6): 63-67.

[17] 王波, 吳功平, 許鳴. 輸電線路巡檢機(jī)器人后臺(tái)管理及診斷系統(tǒng)[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版), 2014, 47(1): 110-114.

[18] 陳振宇, 鄒德華, 彭沙沙, 等. 10kV配電網(wǎng)帶電作業(yè)機(jī)器人及其作業(yè)臂絕緣分析[J]. 電氣技術(shù), 2021, 22(10): 65-70.

[19] 張峰, 郭銳, 盧士彬, 等. 高壓輸電線路巡檢機(jī)器人障礙物識(shí)別與定位[J]. 中國(guó)電力, 2019, 52(4): 111- 118.

[20] 張金貴, 李從飛. 基于無線技術(shù)的變電站自動(dòng)巡檢機(jī)器人[J]. 電氣自動(dòng)化, 2014, 36(2): 36-38.

Design of inspection robot system for large span transmission line

CAI Guangzhu YANG Zhen ZHENG Pengchao

(Beijing State Grid Fidelity Technology Development Co., Ltd, Beijing 100071)

Large span transmission lines are often located in the harsh natural environment, such as typhoon, strong vibration, serious salinity and so on. In order to solve the problem that large span transmission lines cannot be inspected manually, this paper designs a transmission line inspection robot system. The inspection robot can cross from the tower head to the ground wire through the obstacle device, and then carry out inspection work along the ground wire. Intelligent charging nests are installed on the tower heads at both ends of the long span, which can charge the robot battery wirelessly, and effectively solve the problem of robot charging in the field. RTK differential positioning system with high-precision walking code disk can achieve centimeter level accurate positioning of robot, and improve the accuracy of image and video acquisition of robot. Through the 4G module, the robot can transmit its own state, transmission channel operation information, pictures, videos, etc. to the server background, which is convenient for inspectors to check whether the line is running normally in real time. The robot effectively reduces the labor intensity and working danger of the inspectors of transmission lines, and realizes the high precision automatic inspection of large span transmission lines.

transmission line; large span; Internet of Things; wireless charging; differential positioning system; remote monitoring system

浙江省電力公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目（5211NB1800LG）

2021-11-03

2021-11-22

蔡光柱（1988—），男，山東省禹城市人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事輸電線路物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、線路巡檢機(jī)器人的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。