上海大学
硕士学位论文
高压线路巡检机器人设计姓名：古丰源
申请学位级别：硕士
专业：机械电子工程指导教师：张国贤;金健
20070101
误导巡检者，另外，塔的高度限制了能够检测到更详细的过热点。
高空巡捡是采用借助直升机或无人航天飞机在高空来完成巡检任务，这种巡检方式可以降低由于地形所带来的影响。但缺点也很明显，主要包括：ａ）记录检测数据仍然比较困难。
ｂ）所有的检测工作都是在飞行阶段完成的，因此增加了飞行的时间从而增加了检测的成本。
此外，对于无人航天飞机巡检造价更高，要求的技术问题更为复杂，国内在这一领域暂时还没有研究。下图１为挪威的ＮｏｒｕｔＩＴ公司２００５年９月试验的一架无人航天飞机，重约１２ｋｇ，利用汽油作为动力油源，运行速度为１００ｋｍ／ｈ，可运行３００ｋｍ，能够负载有效载荷为３ｋｇ。该无人航天飞机由自动驾驶仪进行控制，自动驾驶仪采用６ＰＳ航标点（ｗａｙｐｏｉｎｔ）进行导航，通过卫星电话与控制基站进行通信。卫星线路发送飞行信息到基站并接收来自基站的控制信息。这样有助于通过基站来控制飞机和飞机上的仪器。该项目目前还处于试验阶段，下一个目标是使运行范围扩大到３０００ｋｍ。由于这种巡检方式成本过高，技术复杂，因此不具有可推广性。
图卜１挪威的ＮｏｒｕｔＩＴ公司高压线路巡检无人航天飞机高压巡检机器人的显著特点是可以自动跨越杆塔实现杆塔间的连续巡检，完成跨越线路障碍物，这种机器人可以节省大量的物力和人力，而且安全系数更高。巡检机器人的研究始于２０世纪８０年代末，日本、加拿大、美国等发达国家先后开展了巡检机器人的研究工作。
１．３．１国外研究概况
１９８８年，东京电力公司的Ｓａｗａｄａ等人研制了光纤复合架空地线（ｏＰＧｗ）
一的直线型杆塔间的巡检是比较方便的，但不具有在多种类型杆塔间爬行的功能。
图１－３电气列车馈电电缆巡检机器人的机械结构
加拿大魁北克水电研究院的ＳｅｒｇｅＭｏｎｔａｍｂａｕｌｔ等人２０００年开始了ＨＱＬｉｎｅＲＯＶｅｒ遥控小车１６Ｊ（图１．３）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。第三代原型机结构紧凑（２３Ｘ１７Ｘ１２ｃｍ），仅重２５ｋｇ，驱动力大，抗电磁干扰能力强，能爬５２。的斜坡，通信距离可达ｌｋｍ。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、导线和地线更换、导线清污和除冰等带电作业，已在工作电流为８００Ａ的３１５ｋＶ电力线上进行了多次现场测试。但是，ＨＱＬｉｎｅＲＯＶｅｒ无越障能力，只能在两线塔间的电力线上工作。目前，研究组正在开发具有越障功能的自治移动小车。
图１－４ＨＱＬｉｎｅＲＯＶｅｒ遥控小车
２．２巡检机器人机构分析
２．２．１巡检机器人的作业环境
巡检机器人需要携带包括可见光摄像仪和红外成像仪等检测仪器、控制系统、通讯装置等，要求沿高压输电线路完成全路径自动巡检。这其中要求巡检机器人能在华东地区四种主要的杆塔之间自主爬越，包括耐张塔（图２－１）、猫头塔（图２．２）、洒杯塔（图２．３）和直线塔（图２．４）。
图２－１耐张塔
图２—２猫头塔
图２—３酒杯塔
倒２—４直线塔
对于猫头塔、酒杯塔和直线塔的杆塔可以考虑沿地线直接跨越杆塔，而耐张塔地线横担宽最大可达１６００ｒａｍ，加上长约２６０ｍｍ的耐张夹具，需要跨越的距离要求为２０００ｒａｍ多，考虑到巡检机器人的质量和刚度，因此设计的机器人要求能够抓取耐张塔内部的角钢从而达到自主沿高压线运行的目的。
此外对于猫头塔（图２－３）由于是一种外凸的结构必须考虑机器人在垂直的行进的过程中是否会碰到杆塔，因此所设计的机器人的总高度由该杆塔的尺寸决定。根据杆塔尺寸要求，机器人总体高度控制７００ｍｍ范围以内。．经过分析我们将整个巡检爬行的过程划分为三个阶段如图２．５所示，巡检机器人作为线路巡检的载体，其作业任务主要包括沿两塔间的导线巡捡和翻越
耐张塔。其中，沿两塔间巡检时，分为直线无障碍阶段和直线有障碍阶段，其