花國(guó)祥,王華建,李 鵬,彭 民,陳 果

(1.無(wú)錫學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院,江蘇無(wú)錫 214105;2.南京信息工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,江蘇南京 210044;3.國(guó)網(wǎng)浙江臺(tái)州供電公司,浙江臺(tái)州 318000)

0 引言

絕緣子作為輸電線路上重要的電力器件,其可靠性影響著輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1-2]。絕緣子經(jīng)常會(huì)受到多種因素的影響[3-4],導(dǎo)致其性能下降,這時(shí)就需要及時(shí)對(duì)絕緣子進(jìn)行檢修或更換。人工更換絕緣子勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低[5],并且作業(yè)人員處在高電壓、高電場(chǎng)的輸電線路環(huán)境中,容易發(fā)生高空墜落和觸電風(fēng)險(xiǎn)。因此,研究替代人工更換絕緣子作業(yè)具有實(shí)用價(jià)值。

近年來(lái),隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展,各種機(jī)器人應(yīng)用到輸電線路絕緣子作業(yè)中,成為電力行業(yè)智能化的研究趨勢(shì)。在國(guó)外,文獻(xiàn)[6]研制了一款清除積冰的巡檢機(jī)器人LineRover,但國(guó)外輸電線的電壓等級(jí)與國(guó)內(nèi)不同,機(jī)器人無(wú)法適配,因此需要設(shè)計(jì)適合國(guó)內(nèi)電壓等級(jí)的機(jī)器人。在國(guó)內(nèi),文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)了一種懸垂絕緣子清掃機(jī)器人,有效地去除絕緣子表面上的污漬,避免發(fā)生污閃事故;針對(duì)冬季絕緣子覆冰問(wèn)題,文獻(xiàn)[8]提出一種絕緣子串激光除冰機(jī)器人,提升了絕緣子除冰作業(yè)效率和作業(yè)可靠性;文獻(xiàn)[9]設(shè)計(jì)了一種絕緣子裂縫智能識(shí)別機(jī)器人,利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法完成對(duì)缺陷絕緣子的智能識(shí)別,但識(shí)別精度不高;上述3類機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了絕緣子清掃、除冰、缺陷識(shí)別等作業(yè)任務(wù),但沒(méi)有絕緣子更換作業(yè)的能力。針對(duì)絕緣子更換作業(yè)機(jī)器人,目前研究較少,市面上也無(wú)成熟的方案,如文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)一種末端自重構(gòu)機(jī)器人,通過(guò)改變機(jī)器人末端爪具,實(shí)現(xiàn)絕緣子更換和引流板螺栓緊固2種作業(yè),但該款機(jī)器人只是進(jìn)行理論分析和仿真實(shí)驗(yàn),并未研制出樣機(jī)。文獻(xiàn)[11]研制了一款更換絕緣子機(jī)器人,主要研究集中在更換絕緣子作業(yè)功能實(shí)現(xiàn)上,并未對(duì)機(jī)器人末端爪具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與優(yōu)化。

基于上述分析,本文研制一種具有特定爪具的帶電更換絕緣子作業(yè)機(jī)器人,通過(guò)對(duì)機(jī)器人3個(gè)爪具結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行合理設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)絕緣子更換作業(yè),提高更換作業(yè)效果,減少動(dòng)作失誤。采用UCOS和QT來(lái)開發(fā)機(jī)器人遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),并研制樣機(jī),實(shí)現(xiàn)操作人員對(duì)機(jī)器人作業(yè)的整個(gè)流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行模擬線路與實(shí)際線路實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了機(jī)器人絕緣子更換作業(yè)的可行性與有效性。

1 機(jī)器人系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)整體布局方案

帶電更換絕緣子作業(yè)機(jī)器人主要由2部分構(gòu)成,如圖1所示。一部分為機(jī)器人本體,它與絕緣子位于架空線路上,是整個(gè)任務(wù)的執(zhí)行端;另一部分為上位機(jī),它與操作人員處于塔下安全區(qū),是整個(gè)任務(wù)的控制端。兩者通過(guò)無(wú)線通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,機(jī)器人本體通過(guò)攝像頭為上位機(jī)提供圖像支持,上位機(jī)給機(jī)器人發(fā)送操作指令,驅(qū)動(dòng)末端爪具完成更換絕緣子作業(yè)。通過(guò)將帶電作業(yè)區(qū)與操作人員隔離,提高操作人員的作業(yè)安全。

圖1 絕緣子更換作業(yè)機(jī)器人方案

1.2 帶電更換絕緣子原理

帶電更換絕緣子作業(yè)主要是換下舊的絕緣子,并換入新的絕緣子,絕緣子連接結(jié)構(gòu)如圖2所示。舊的絕緣子換下后需要將絕緣子上下兩端分離。其中上端是絕緣子通過(guò)掛板與輸電桿塔相連,可以通過(guò)操作人員站在塔桿上輕松脫離。下端通過(guò)線夾與輸電導(dǎo)線相連,勢(shì)必需要帶電作業(yè),操作相對(duì)困難。絕緣子下端連接主要由球頭掛環(huán)、碗頭掛環(huán)和懸垂線夾組成,換下絕緣子下端連接的關(guān)鍵是需要將絕緣子下端的球頭掛環(huán)與懸垂線夾上的碗頭掛環(huán)脫離,在球頭掛環(huán)與碗頭掛環(huán)之間有一個(gè)重要的鎖緊部件——W型銷子(W銷),如圖3所示。

圖2 絕緣子連接結(jié)構(gòu)

圖3 碗頭掛環(huán)中W型銷子連接圖

只有先將W型銷子完全從碗頭掛環(huán)推出,才能將球頭與碗頭脫離,進(jìn)而換下舊的絕緣子串。同理,需要先將W型銷子完全推入碗頭掛環(huán),鎖緊新球頭與碗頭,才算完成換入新的絕緣子,W型銷子推出的前后效果如圖4所示。

(a)推出前 (b)推出后圖4 W型銷子推出的前后效果

1.3 機(jī)器人更換絕緣子動(dòng)作流程規(guī)劃

根據(jù)更換絕緣子作業(yè)原理,結(jié)合人工作業(yè)流程,將更換絕緣子過(guò)程分解成單一動(dòng)作,并制定相應(yīng)的機(jī)器人更換絕緣子動(dòng)作流程,如圖5所示。

圖5 絕緣子帶電更換流程

1.4 機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)機(jī)器人更換絕緣子作業(yè)步驟需求,確定機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu),如圖6所示。根據(jù)步驟一描述,機(jī)器人需要固定在輸電導(dǎo)線上作業(yè),因此,設(shè)計(jì)了一對(duì)等電位掛鉤掛靠在輸電導(dǎo)線上?？紤]步驟二、步驟四和步驟七中需要實(shí)現(xiàn)W銷推出與置入這對(duì)相互動(dòng)作,機(jī)器人采用了雙作業(yè)臂形式,通過(guò)一個(gè)作業(yè)臂完成W銷推出動(dòng)作,另一個(gè)作業(yè)臂完成W銷置入動(dòng)作,并在末端配有3個(gè)特定爪具,以提高更換絕緣子效果,防止機(jī)器人動(dòng)作的失誤。另外為了實(shí)現(xiàn)操作人員塔下的遠(yuǎn)程控制,設(shè)計(jì)了機(jī)器人內(nèi)部遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),通過(guò)無(wú)線裝置接收操作人員控制端信號(hào),進(jìn)而控制機(jī)器人的動(dòng)作。

圖6 帶電作業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)布局

在更換絕緣子作業(yè)過(guò)程中,將絕緣子球頭與碗頭分離是整個(gè)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵,因此機(jī)器人末端爪具的合理性就顯得尤為重要。該機(jī)器人作業(yè)臂上設(shè)計(jì)3個(gè)末端爪具,分別為W銷推出爪具、W銷推入爪具和絕緣子球頭推出爪具。

W銷推出爪具是為了將碗頭掛板中的W銷推出,實(shí)現(xiàn)碗頭掛板與球頭的分離。結(jié)合碗頭掛板和W銷的尺寸,該爪具結(jié)構(gòu)既要滿足:寬度能夠順利進(jìn)入碗頭掛板中,其高度又要對(duì)齊碗頭掛板中W銷。故W銷推出爪具寬度W、高度H設(shè)計(jì)如式(1)所示。

(1)

式中:min(A)為碗頭掛板槽口中的最小寬度;max(B)為碗頭掛板最大寬度;max(T)為W銷最大厚度;max(H)為碗頭掛板槽口的最大高度。

爪具結(jié)構(gòu)圖如圖7(a)所示。W銷推入爪具位于推出爪具的反向側(cè),其將推出的W銷在新絕緣子放入碗頭掛板后重新推回到碗頭掛板中,實(shí)現(xiàn)新絕緣子球頭與碗頭掛板的鎖緊。爪具在推入W銷時(shí),W銷經(jīng)常發(fā)生上下傾斜導(dǎo)致爪具推出效果不好。為了保證爪具準(zhǔn)確對(duì)齊W銷并成功推入W銷,將W銷推入爪具設(shè)計(jì)成包裹式結(jié)構(gòu),有效防止W銷的受力不均和傾斜問(wèn)題,達(dá)到輕松推入的效果,爪具結(jié)構(gòu)如圖7(b)所示。絕緣子球頭推出爪具推出舊的絕緣子球頭。如果該爪具設(shè)計(jì)成橫桿式,推出球頭時(shí)會(huì)出現(xiàn)左右偏移問(wèn)題,導(dǎo)致球頭無(wú)法推出,因此設(shè)計(jì)了一種類似梯型的結(jié)構(gòu),使得爪具與球頭的接觸面積最大,保證球頭只以一個(gè)方向運(yùn)動(dòng),避免了偏移問(wèn)題,爪具結(jié)構(gòu)如圖7(c)所示。

(a)W銷推出爪具

(b)W銷推入爪具

(c)絕緣子球頭推出爪具

2 機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)是機(jī)器人的核心,具體功能:為機(jī)器人提供能量供應(yīng),就是機(jī)器人的電源系統(tǒng);實(shí)現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)臂的運(yùn)動(dòng)控制,提供液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);實(shí)現(xiàn)操作人員的遠(yuǎn)程控制,提供穩(wěn)定的無(wú)線通信,如圖8所示。

圖8 控制系統(tǒng)框圖

2.1 主控制器

機(jī)器人采用STM32F103ZET6單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心處理器,它是一種嵌入式微控制器的集成電路。采用的芯片端口有:1個(gè)RS232通信接口(PC10、PC11部分映射),與攝像頭模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;1個(gè)PWM信號(hào)輸出引腳(PB5),用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制;5個(gè)邏輯輸出引腳(PA2、PA6、PA7、PB15、PD12),控制舵機(jī)繼電器的通斷;1個(gè)AD采樣引腳(PC0),對(duì)鋰電池電壓進(jìn)行采樣與處理。

2.2 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)給作業(yè)臂提供液壓動(dòng)力,實(shí)現(xiàn)帶電作業(yè)機(jī)器人作業(yè)臂運(yùn)動(dòng)。該模塊主要由電機(jī)、液壓泵、換向閥和液壓缸組成,如圖9所示。其工作流程為:首先輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)液壓泵輸出液壓油,接著換向閥控制液壓油的流動(dòng)方向,最后液壓油推動(dòng)液壓缸推桿實(shí)現(xiàn)不同方向上的移動(dòng)。

圖9 液壓系統(tǒng)

2.3 電源模塊

電源部分采用一塊12 V/20 A·h鋰電池,用于給機(jī)器人各部分供電。其中舵機(jī)的供電采用TYPS1225系列電源轉(zhuǎn)換模塊將12 V轉(zhuǎn)換為5 V供電。

為了便于操作人員在上位機(jī)上能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的狀態(tài)信息,采用AD采樣電路來(lái)測(cè)量機(jī)器人電源鋰電池的電壓,如圖10所示。

圖10 0～12 V采樣電路

R4與R5構(gòu)成分壓電路,取R4=3 kΩ,R5=1 kΩ,分壓表達(dá)式如式(2)所示。

(2)

經(jīng)分壓電路后,0～12 V輸入信號(hào)將線性轉(zhuǎn)換為0～3 V。瞬態(tài)抑制二極管D1對(duì)整個(gè)采樣電路起到過(guò)壓保護(hù)的作用,降低了因各種因素引起的電壓過(guò)高產(chǎn)生的芯片損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 攝像頭模塊

攝像頭模塊將采集的圖像信息通過(guò)無(wú)線通信模塊傳輸?shù)缴衔粰C(jī),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)預(yù)覽與控制。攝像頭模塊的工作電壓為12 V,由電源供電。通過(guò)RS232接口與主控制器相連,實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息與控制指令的相互傳輸;通過(guò)網(wǎng)線與無(wú)線通信模塊相連,形成攝像頭局域網(wǎng),使得上位機(jī)可以依靠局域網(wǎng)連接攝像頭獲取監(jiān)控信息,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。

2.5 無(wú)線通信模塊

無(wú)線通信模塊是攝像頭與上位機(jī)之間傳輸控制指令和圖像數(shù)據(jù)的介質(zhì)。由于兩者在工作時(shí)距離相對(duì)較遠(yuǎn),需要無(wú)線通信模塊傳輸質(zhì)量穩(wěn)定、速率高,因此選用帶有天線接口,適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臒o(wú)線路由器,其完全適用于帶電作業(yè)場(chǎng)景,如圖11所示。

圖11 無(wú)線通信模塊

3 軟件設(shè)計(jì)

機(jī)器人軟件主要分為2部分:一部分為塔上機(jī)器人主控器程序設(shè)計(jì),一部分為塔下操作人員操控端上位機(jī)程序設(shè)計(jì)。

3.1 主控制器程序設(shè)計(jì)

主控制器系統(tǒng)采用STM32微控制器,并嵌入了UCOS微實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),通過(guò)多線程的方式處理各模塊的任務(wù)。如圖12所示,機(jī)器人程序啟動(dòng)后,先初始化各模塊,然后創(chuàng)建3個(gè)子線程負(fù)責(zé)通信、系統(tǒng)檢測(cè)、系統(tǒng)控制任務(wù)。

圖12 主控制器程序流程

通信子線程負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信,上報(bào)機(jī)器人的狀態(tài)信息或接收上位機(jī)指令,再通知系統(tǒng)控制子線程執(zhí)行。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)子線程將機(jī)器人狀態(tài)信息數(shù)據(jù)打包完成后,利用RS232接口將把數(shù)據(jù)發(fā)送到攝像頭網(wǎng)絡(luò)模塊,再以無(wú)線形式傳輸給上位機(jī)。同理,上位機(jī)發(fā)送控制指令,由通信子線程接收,并通知系統(tǒng)控制子線程執(zhí)行。

系統(tǒng)檢測(cè)子線程檢測(cè)鋰電池電壓和容量值。通過(guò)AD采樣獲取當(dāng)前數(shù)值,并將數(shù)據(jù)以數(shù)組的形式進(jìn)行打包,最后通知通信子線程將數(shù)據(jù)上報(bào)至上位機(jī)。

系統(tǒng)控制子線程判斷上位機(jī)發(fā)出的控制指令,分析當(dāng)前需要執(zhí)行哪一步動(dòng)作,然后給電機(jī)與舵機(jī)發(fā)送命令,控制機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作。程序中,共制定10個(gè)控制指令:0X4、0X8、0X10、0X20、0X40、0X80、0X100、0X200、0X400、0X800,分別對(duì)應(yīng)一個(gè)動(dòng)作。

3.2 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

塔下操控的上位機(jī)軟件采用C++語(yǔ)言在QT Creator環(huán)境下編寫,根據(jù)更換絕緣子動(dòng)作流程,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的人機(jī)交互界面,如圖13所示。該界面可以同時(shí)預(yù)覽2路高清碼流,支持放大、縮小功能;機(jī)器人功能區(qū)可分為控制區(qū)與狀態(tài)信息顯示區(qū),控制區(qū)實(shí)現(xiàn)操作人員發(fā)送相關(guān)動(dòng)作指令,狀態(tài)信息顯示區(qū)接收機(jī)器人的實(shí)時(shí)的狀態(tài)信息。

圖13 上位機(jī)軟件界面

程序分為通信、機(jī)器人狀態(tài)信息顯示、圖像顯示、運(yùn)動(dòng)控制4個(gè)模塊。其中通信模塊主要對(duì)串口通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì),通過(guò)SDK庫(kù)H264_DVR_SerialWrite函數(shù)向主控制器發(fā)送控制指令,并接收數(shù)據(jù),通信協(xié)議流程如圖14所示。

圖14 串口通信流程

機(jī)器人狀態(tài)信息顯示區(qū)是在軟件界面上顯示機(jī)器人的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息,包括電池電壓和容量。采用label標(biāo)簽?zāi)K,將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示,并且不斷更新變化。其中電池容量根據(jù)采集的電池電壓計(jì)算得到,表達(dá)式如(3)所示。

(3)

式中:C為電池容量,%;U為電池電壓,V。

圖像顯示區(qū)將采集的高清攝像頭圖像信息實(shí)時(shí)預(yù)覽到界面上。劃分2個(gè)相同大小的Widget窗口分別作為雙攝像頭圖像顯示區(qū)域,利用攝像頭自帶SDK庫(kù),完成圖像的實(shí)時(shí)預(yù)覽,其中攝像頭實(shí)時(shí)預(yù)覽步驟如圖15所示。

圖15 攝像頭實(shí)時(shí)預(yù)覽流程

運(yùn)動(dòng)控制區(qū)發(fā)送控制指令進(jìn)而控制機(jī)器人作業(yè)臂運(yùn)動(dòng)。采用push Button按鈕,通過(guò)C++語(yǔ)言中信號(hào)與槽原理,將push Button與內(nèi)部程序相聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊按鈕發(fā)送相應(yīng)指令,控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng),這里的指令需要與主程序中的控制指令相一致。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

帶電更換絕緣子作業(yè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容主要由機(jī)器人功能測(cè)試與實(shí)際線路實(shí)驗(yàn)2部分組成。

4.1 機(jī)器人功能測(cè)試

4.1.1 機(jī)器人推力測(cè)試

機(jī)器人在更換絕緣子過(guò)程中需要合適的推力,如果推力不足會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人不能完全推出W銷,就會(huì)影響后續(xù)更換動(dòng)作。機(jī)器人通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作業(yè)臂的推力,因此首先進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試。

電機(jī)的轉(zhuǎn)速由輸入信號(hào)的占空比決定。調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的占空比來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速,并連接示波器進(jìn)行信號(hào)輸出,電機(jī)最低、最高轉(zhuǎn)速下輸入信號(hào)的占空比如圖16所示。進(jìn)而得出輸入信號(hào)占空比與電機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系如圖17所示。

(a)電機(jī)最低轉(zhuǎn)速

(b)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速圖16 電機(jī)最低、最高轉(zhuǎn)速下占空比

圖17 輸入信號(hào)占空比與電機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系

最后進(jìn)行推力測(cè)試,通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)合適的推力大小。將電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為25%、50%、60%和75%分別進(jìn)行多次測(cè)試,并通過(guò)KJ-200 N系列的推力器進(jìn)行推力測(cè)量,推力測(cè)試環(huán)境如圖18(a)所示,測(cè)試結(jié)果如圖18(b)所示。

(a)推力測(cè)試環(huán)境

(b)不同轉(zhuǎn)速的推力測(cè)試結(jié)果圖18 推力測(cè)試實(shí)驗(yàn)

推力實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為25%時(shí),推力平均值為21 N,發(fā)現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)臂此時(shí)無(wú)法推出W銷;當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為75%時(shí),推力平均值為137 N,機(jī)器人能夠推出絕緣子,但電機(jī)的發(fā)熱現(xiàn)象明顯;當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為50%和60%時(shí),平均推力為73 N和113 N,機(jī)器人作業(yè)臂能夠推出W銷,并且電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。因此,可將電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為50%～60%,滿足更換絕緣子作業(yè)要求且電機(jī)狀態(tài)正常。

4.1.2 機(jī)器人更換絕緣子能力測(cè)試

測(cè)試完合適推力后,需要測(cè)試機(jī)器人更換絕緣子能力,主要內(nèi)容包括:絕緣子W銷的推出、置入及球頭的推出。首先在實(shí)驗(yàn)室搭建模擬輸電線路絕緣子作業(yè)平臺(tái),再利用上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控,觀察上位機(jī)界面的更換絕緣子的情況,實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖19所示,測(cè)試結(jié)果如圖20所示。

圖19 模擬線路實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

(a)固定球頭

(b)推出W銷

(c)推出球頭

(d)推入球頭

(e)固定碗頭

(f)推入W銷

模擬線路絕緣子更換過(guò)程中,機(jī)器人電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常,作業(yè)臂爪具能夠依次完成固定碗頭、推出W銷、推出球頭、推入球頭、固定碗頭、推入W銷動(dòng)作這一系列更換動(dòng)作。整個(gè)更換作業(yè)過(guò)程中,機(jī)器人動(dòng)作流暢,作業(yè)臂爪具更換動(dòng)作準(zhǔn)確,塔上機(jī)器人執(zhí)行端與塔下上位機(jī)控制端雙向數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)準(zhǔn)確。

4.2 實(shí)際線路實(shí)驗(yàn)

機(jī)器人在浙江省臺(tái)州市110 kV實(shí)際線路進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn),塔型為 ZB1-24,導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-400/50,絕緣子型號(hào)為FXBW4-220/120,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)如圖21(a)所示。依次完成準(zhǔn)備工作、登塔、進(jìn)入電場(chǎng)、更換絕緣子、退出電場(chǎng)和下塔所有的實(shí)際帶電更換絕緣子作業(yè)流程,與圖21(b)中的傳統(tǒng)人工作業(yè)相比,它們各階段所用時(shí)間如表1所示。

(a)機(jī)器人作業(yè)

(b)傳統(tǒng)人工作業(yè)

表1 不同作業(yè)時(shí)間對(duì)比 min

從表1可知,人工作業(yè)更換單串絕緣子總耗時(shí)為42 min,而采用機(jī)器人作業(yè)僅耗時(shí)24 min,更換單串絕緣子時(shí)間縮短了18 min,效率提升42.9 %。從各階段用時(shí)來(lái)看,機(jī)器人作業(yè)主要縮短了進(jìn)入電場(chǎng)、更換絕緣子和退出電場(chǎng)這類相對(duì)危險(xiǎn)流程,既解決人工作業(yè)危險(xiǎn)問(wèn)題,也提高更換絕緣子作業(yè)的效率。

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)設(shè)計(jì)一款具有特定爪具的帶電更換絕緣子作業(yè)機(jī)器人,通過(guò)對(duì)機(jī)器人3個(gè)爪具結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì),提高了絕緣子更換作業(yè)的效果,減少動(dòng)作失誤。

(2)開發(fā)了基于UCOS和QT的機(jī)器人遠(yuǎn)程控制硬軟件系統(tǒng),采集電池電壓進(jìn)而計(jì)算電池容量,實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè)與動(dòng)作控制。

(3)機(jī)器人功能測(cè)試結(jié)果表明:將電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為50%～60%,機(jī)器人能夠有效地完成更換動(dòng)作并且電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常;實(shí)際線路實(shí)驗(yàn)表明,相較于傳統(tǒng)人工作業(yè),機(jī)器人用時(shí)減少了18 min,效率提升42.9%,避免了人工作業(yè)危險(xiǎn)性高的問(wèn)題。