一种轮臂式避障高压线巡检机构研究
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仿人臂型高压巡线机器人的本体设计与分析摘要巡线机器人代替人工对高压架空输电线路的巡检是一种安全,可靠,经济的巡检方式。
文章针对巡线机器人的意义和本体机械设计要求,设计了一种带有轮手组合装置,三只手臂相互配合仿人手臂攀援前进和越障的新型高压巡线机器人。
并用越障分析,动力学分析对巡线机器人设计方案的可行性进行了验证。
关键词巡线机器人;轮手组合装置;越障;运动分析对电力系统经济的、有效的监测和维护以保证供给消费者高质量和高可靠性的电力已经成为当今电力工业最重要的任务。
在我国高压架空电力线路是长距离输配电力的主要方式,由于电力线路绝大部分远离城镇,所处地形复杂,自然环境恶劣,电力线及杆塔长期暴露在野外,会受到持续的机械张力、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤,如不及时修复,最终导致严重事故。
目前,对高压架空电力线路进行巡检的方式主要有两种:人工目测法和直升飞机航测法。
人工目测法巡检精度低,劳动量大,安全性低,且存在巡检盲区。
在一些复杂环境下,如大雪封山等人工目测是无法完成的。
直升飞机航测法受天气影响大,巡检精度不高,巡检费用昂贵。
智能巡线机器人取代传统的巡线方式,提高了检测精度、检测效率,取代人直接工作在高危险的场合,降低了巡检成本,是一种新的,可靠的巡检方式。
本文设计了一台负重6kg的,能承受80N的拉力,在电力线上攀援前进巡线和越障。
1 高压巡线机器人的本体设计图1 图2 图3图1 巡线机器人本体;图2 巡线机器人手臂;图3 巡线机器人轮手组合手臂目前巡线机器人在线爬行机构可分为手爪式爬行机构和轮式爬行机构。
轮式爬行机构靠电机驱动行走轮和电力线之间的摩擦力,驱动机器人前进。
轮式爬行机构行走平稳,速度快,机器人重心晃动小,能作为一般的无越障功能巡检机器人的爬行机构。
手爪式爬行机构靠几只多自由度手臂相互配合,交互式攀援前进,像人手臂一样能越过有复杂障碍物的空间。
手爪式爬行机构效率高,对环境要求低,能越障爬坡,是一种新的爬行机构正在被广泛应用。
超高压输电线路故障巡检机器人系统设计与优化研究引言超高压输电线路是电力系统中起关键作用的设备之一,它的安全运行对电网的稳定运行至关重要。
然而,由于其运行环境复杂多变,故障巡检成为一项具有挑战性的任务。
为了提高输电线路故障巡检效率和减少人工干预,设计并优化一套超高压输电线路故障巡检机器人系统显得尤为重要。
一、超高压输电线路故障巡检机器人系统设计1. 巡检机器人结构设计巡检机器人的结构设计直接影响到其在复杂环境中的运行性能。
针对超高压输电线路的特点,设计一种具有灵活性和可靠性的机器人结构。
该结构应具备轮式底盘、可伸缩臂和多关节手爪等功能模块。
轮式底盘能够保证机器人在线路上的稳定行驶。
伸缩臂和手爪模块能够进行各种检修和维护任务,包括更换电气设备、固定螺栓和拧紧导线等。
2. 软硬件系统集成巡检机器人的软硬件系统集成是关键环节。
软件系统应具备路径规划、远程操控和巡检数据分析等功能。
路径规划算法能够根据输电线路的特点和实际情况,规划出最优的巡检路线。
远程操控系统能够实现对机器人的远程控制,提高操作人员的安全性。
巡检数据分析系统能够对机器人收集到的数据进行处理和分析,快速准确地识别可能存在的故障点。
3. 通信技术应用巡检机器人与操作人员的及时沟通对于故障处理非常重要。
利用无线通信技术,实现巡检机器人与操作中心之间的实时数据传输和远程控制。
采用先进的通信技术,如5G网络或卫星通信,可以保证传输的稳定性和可靠性,提高巡检机器人系统的应用效果。
二、超高压输电线路故障巡检机器人系统优化研究1. 效率优化为了提高超高压输电线路故障巡检机器人系统的效率,可以采用多机器人协同作业的方式。
通过合理的任务分配和路径规划,使多台机器人在同一时间内分别对不同区域进行巡检,大大提高了巡检效率。
此外,采用自主充电技术,使机器人能够自动回到充电桩进行充电,降低操作人员的干预。
2. 精度优化超高压输电线路的安全性对于电网的运行具有重要意义。
一种改进的超高压输电线路巡检机器人越障方法摘要:本文从越障阶段的理论分析出发,研究了技术调整、问题识别和输电线路定位。
仿真和实验验证了控制策略和理论分析的正确性。
关键词:特高压输电线路;巡检机器人;障碍;识别;定位中图前言:近年来,电力公司采用带电作业方式进行超高压输电线路的定期检查和维护。
超高压输电线路、高压线路维护的机器人监控是研究的热点。
超高压输电线路巡检机器人研究技术的研究始于20世纪80年代,基于早期检测机器人不能跨越塔的壁垒,技术已接近实用阶段,更加成熟。
1988日本的东京电力公司开始的研究可以跨越障碍的塔;到目前为止,这种机器人仍在实验阶段,不包括对关键技术的研究。
1、超高压输电线路巡检机器人应用领域机械系统、电源、定位导航技术、通信技术和线路损伤检测。
因此,机器人技术是综合技术结合。
移动机器人管道移动机构及相关技术分为两种类型的机构和轮式移动机构,包括管道越障机构:轮臂组合机构、拆分式蛇形机构和仿生臂机构。
在文献中,轮式移动机构巡检机器人的运动机构,保证了检测速度。
一般来说,检查机器人的障碍物和移动的同时,需要完成各种复合机构的移动和交叉运行形式。
在电磁干扰情况下的超高压输电线路巡检机器人,以一定的速度在特高压输电线路上步行爬坡,跨越悬垂线夹、塔和其他障碍物,从而完成高压线和检测任务的检测,数据和图像传送到地面站进行存储和处理。
本文首先介绍了巡检机器人,阐述了控制策略根据;移动机器人障碍物识别的情况下,高压线在跨越障碍中是关键问题,本文描述了实现的方法和理论分析;最后,仿真结果验证了该控制策略项目的有效性。
2、检测高压输电线路机器人的结构超高压输电线路在地面检测机器人的结构。
车站作业系统分为机械作业系统和控制系统两个子系统。
机器人的机械结构是检测机器人系统的基础,机械结构是制约机械系统发展和应用的主要障碍。
机体包括在线机构(轮机构、臂夹紧机构、防坠机构)、辅助机构(空中插头、防护罩和箱体)、车轮机构、臂机构和夹紧机构,由一组两轮机械臂组合式检查机组成。
1 绪论课题的研究背景高压输电线路担负着我国电力传输的重任,它的安全可靠运行直接关系到国家经济的稳定发展。
目前,采用高压和超高压架空的电力线路是长距离输配电力的主要方式,电力线路作为电力系统的重要组成部分,长期暴露在自然环境中,不仅要受正常机械载荷和电力负荷的内部压力,还要经受污秽、雷击、强风、滑坡、沉陷等外界侵害,将会促使线路上各元件产生老化,如不及时发现和消除,就可发展成为各种故障,对电力系统的安全和稳定运行构成威胁。
因此,线路巡检是有效保证输配电线路及其设备安全运行的一项基础工作。
线路巡检工作就是通过对输配电线路的巡视检查来掌握线路运行状况及周围环境的变化,及时发现设备缺陷和危及线路安全的隐患,提出具体检修意见,以便及时消除缺陷、预防事故发生,或将故障限制在小范围,从而保证输配电线路安全和电力系统的稳定。
对高压输电线路传统的巡检方式有飞机巡检、车辆巡检和人工巡检。
飞机巡检是指检测人员在直升飞机上利用望远镜或其它检测工具对线路进行巡查,发现是否存在缺陷和故障,如图1-1所示。
一般安排在晴朗、能见度较好的天气条件下进行,不过由于直升飞机飞行速度的影响,线路从巡检人员的视野中快速经过,且巡检时一般要求直升飞机靠近高压线路飞行,因此这种巡检方式对巡检人员和飞行员的技术要求都较高。
此外,飞机巡检易受气候变化、航空管制等影响,运行成本高,危险性大[1],难以得到推广。
图1-1 飞机巡检方式Aircraft inspection methods车辆巡检是指在车辆等地面交通工具的配合下,巡检人员携带各种检测设备对线路进行巡查,如图1-2所示。
这种检测方法机动性较好,成本也较飞机巡检低,在条件允许下,还可利用车辆承载能力强的特点,额外携带检修工具,根据需要就地开展检修。
这种巡检方法的缺点是需要地面道路的支持,受地形的限制,在高山、丛林或沼泽等地理条件复杂的区域,车辆无法到达,巡检工作无法顺利开展。
图1-2 车辆巡检方式Vehicle inspection methods人工巡检是指巡检人员自身携带检测设备,沿线路行走,对线路开展巡查,如图1-3所示。
关于高压线路巡线机器人的研究设计摘要:高压输电线路是电力系统的重要设施,然而,长期裸露的金属导线在外界环境下,避免不了持续的机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤,如不及时发现和消除,就会造成损伤扩大,造成巨大损失。
为了保证输电线路安全、稳定地运行,需要对输电线路进行定期巡检。
关键词:高压线路;巡线机器人1巡线机器人越障机械臂研究巡线机器人行车移动机构先取移动模式为轮式移动。
轮式爬行机构原理是电机驱动轮同管线相互的摩擦力来作为机器人行走的动力。
轮式爬行机构的特点是行走速度快并且平稳,能够完成移动平台上线路探测仪器要求的任务。
靠此优势巡检机器人普遍选用轮式爬行机构形式,另一类目前流行机构就是越障机构。
由于机器人都是悬挂施工,而且在整个施工过程中要确保其姿态的稳定性,同时还要与导线和线塔技术部件之间保持足够的安全距离,因此这个设计难度是非常大的。
2巡检机器人总体设计在众多工业领域中,机械结构是所有的基础,一个优质的机械结构不仅可以简化控制,还可以使机器稳定高效运行。
为了保证机器人实现在高压输电线路上的灵活越障,对机器人的重心问题需要着重考虑,尤其是在行走和越障过程中。
为了解决这些问题,应设计出合理的机械结构,针对巡检方面的要求,现提出对巡检机器人机械方面的设计要求。
1)能在输电线上以一定的速度平稳运行,无冲击。
2)具有一定的爬坡能力,在上下坡路段保证不打滑。
3)能较灵活和稳定地跨越输电线上的各种障碍物和完成转弯任务,包括防震锤、悬垂线夹、跳线线夹、绝缘子和杆塔等。
4)结构小巧紧凑,且应保证预留足够的检测仪器安装空间和越障时机构与其它物体的安全间距。
5)具有刹车制动功能,当发生故障或遇到恶劣天气时,机器人能可靠自锁,以免从输电线上摔落。
6)机构的自由度尽量精简,过多的自由度会导致控制困难,而且电动机数量的减少,可有效降低成本和重量。
3机器人远程控制技术研究利用机器人搭载小型微波通信宽带连GPRS/CDMA/4G网络,实现远程计算机通信对接。
基于高压线巡检机器人的设计与研究【摘要】设计一种采用旋转方式越障的高压线巡检机器人,并研制出巡检机器人样机,通过Adams中模型的建立和仿真实验验证了该巡检机器人机械系统的可行性。
在研发的机械系统基础上,根据本机械系统采用旋转方式进行越障的特点,制定了巡检机器人的越障策略。
可以实现线上行走、典型障碍跨越等主要功能,满足设计要求。
【关键词】高压输电线路巡检机器人机械结构运动控制系统引言我国幅员辽阔,各地域的电力需求和发电站的分布不均匀,高压输电线的各种破损形式和异物的挂附将严重影响电力的输配,给电力的正常输送带来极大的危害。
对高压输电线路的及时巡检,可以防止以上情况的发生或恶化。
高压线巡检机器人需要依附于高压输电线进行作业,本章将重点介绍高压线巡检机器人的作业环境、机器人整体结构设计以及典型零部件的力学校核。
1课题研究意义及现状1.1 课题来源本课题主要任务是设计一款可以应用于500kV高压输电线路巡检的机器人,重点研究巡检机器人的结构设计和运动控制等问题,进行相应实验验证。
1.2 研究目的及意义目前,对野外高压输电线路的巡检主要分为以下三种方法:(1)地面目测法工作人员利用肉眼或采用望远镜对高压输电线路进行观测,来检测高压输电线的破损情况(2)无人机航测法采用无人直升机对高压输电线路进行巡检,工作人员通过遥控手柄来控制无人机的起降和沿高压输电线路的运行,来实现对高压输电线路的检测。
(3)机器人检测法采用特种机器人进行高压输电线路的巡检,利用特种机器人沿高压输电线线路的地线或者导线运行,通过机器人自身携带的传感器来检测高压输电线的破损情况。
随着人们对高压输电线路安全性的重视和科学技术的发展,利用机器人进行高压输电线路的巡检开始兴起。
巡检机器人可以跨越高压输电线路的典型障碍物,如防震锤、间隔棒、耐张线夹和悬垂线夹等,利用自身的机械结构在高压输电线路上进行上坡或者下坡运动,并且巡检机器人利用视觉传感器、超声波传感器或者红外传感器可以对高压输电线路上的破损进行检测。
高压输电线路巡检机器人的设计与仿真研究
王博禹
【期刊名称】《自动化应用》
【年(卷),期】2024(65)3
【摘要】为解决传统高压输电线路巡检方法出现的问题,聚焦于高压输电线路巡检机器人的设计与仿真。
该机器人采用双臂对称结构,通过夹紧机构和俯仰模块提高
越障能力。
行走模块则采用开合式轮毂滚动机构,有效提升了机器人沿线行走的效率。
结果显示,在越障过程中,该机器人表现出良好的稳定性和合理的驱动力矩波动。
【总页数】4页(P19-21)
【作者】王博禹
【作者单位】贵州电网有限责任公司六盘水供电局
【正文语种】中文
【中图分类】TP242;TM755
【相关文献】
1.高压输电线路巡检机器人机械本体设计
2.一种输电线路智能巡检机器人的仿真设计
3.高压输电线路巡检机器人机构设计及运动学分析
4.高压输电线路自动巡检机
器人结构仿真
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专利名称:一种高压线缆的防护巡检结构
专利类型:发明专利
发明人:杜善慧,牟善仲,卢文昊,宋珂,马先栋,苗文勇,李兴玉,李伟,王海江,燕迎祥,史彦楠
申请号:CN202111435327.8
申请日:20211129
公开号:CN114256775A
公开日:
20220329
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种高压线缆的防护巡检结构,属于防护巡检结构技术领域,包括底座,所述底座底部一侧可拆卸安装有固定架,所述固定架顶部安装有龙虾扣,所述固定架内侧壁顶部安装有第一微型电机,所述第一微型电机的动力输出端通过第一传动杆连接有弧形刷的动力输入端,所述弧形刷一侧连接有透明罩,所述透明罩可拆卸安装在底座外侧壁,所述底座顶部边缘处安装有灯带和蜂鸣器,所述底座顶部中间可拆卸安装有方壳,本发明高压线缆的防护巡检结构防水、防尘效果佳且设置有清洁装置,始终保持透明罩外侧壁干净,本发明高压线缆的防护巡检结构可采用独立的电池供电并及时预警。
申请人:国网山东省电力公司日照供电公司
地址:276800 山东省日照市东港区烟台路68号
国籍:CN
代理机构:济南舜源专利事务所有限公司
代理人:刘雪萍
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一种轮臂式避障高压线巡检机构研究
中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院 许 政 李博洋 田睿芳 王 宇 王梓杰 徐敏鹏 蒋小平
高压输电线的巡检是一项任务重、强度高的作业任务。
目前国内外进行检测任务最主要的方式是依靠工作人员携带各种检测设备沿线执行,不仅效率低而且危险系数高。
针对目前国内外研究出的巡检机构采用双臂交替跨越障碍过程中,由于受机构自身重力偏矩的影响和手臂尺寸的限制,导致本体倾斜,有时甚至造成越障失败的缺点,提出将手臂与行进轮结合的方式,利用特殊车轮使机构能够在输电线上运行,四手臂在越障的过程中交替越障使问题得到解决。
引言:随着我国智能电网发展的需要,由于长期室外各种风化作用会导致高压输电线出现线路、材料老化、电器闪络等问题,定期巡检和维修就成为了一个亟需解决的问题。
相较于传统的地面目测法劳动强度大,工作效率和探测精度低;航测法技术难度大、运行费用高的缺点,本文设计了一种轮臂式高压输电线线巡检机构,其主要特征是能在电线上行进,具有一定的避障、爬坡和载重能力,以便于携带检测装置对输电线路进行巡检。
1 国内外研究现状
1.1 巡检机构的分类
巡检机构作为移动机构的一种,根据是否具有跨越障碍的功能分为:一档内器人和具有越障功能的巡检机构。
1.2 国内研究现状
中科院自动化所研制了一款由行走驱动装置、柔性摆动臂机构两部分组成的巡检机构。
但姿态稳定性欠缺,结构复杂,质量大,而且多节避障机构跨越障碍的时间长。
湖北工业大学研制的磁悬浮巡检机构,利用高压输电线路产生的磁场,使机构悬浮于输电线路之上,但造价成本过高,且易过热、易受噪声干扰。
1.3 国外研究现状
日本佐藤公司、加拿大魁北克水电研究院和泰国国王理工大学等进行了一些早期的研究,然而此时的机构不仅需要人工参与,且无避障功能,仅能实现一段线路上的巡检。
伊朗海曼大学研制了一款通过3个带有滚轮的夹爪在导线上移动(见图1),缺点是整体尺寸较大,适应性低。
2 高压巡检机构设计要求及结构
2.1 巡检设计要求
机构需在高压线路上行进以完成输电线路巡检任务,故输电线应能承载机构自身质量和所携带设备的重量。
经询问相关电路部门,根据技术要求高压线的负载重量应在200kg 以下。
考虑到障碍物的尺寸,巡检机构在输电线上应能够跨越线上单
个障碍物(即附属设备)的长度,又应不超过两个相邻障碍物的距离。
线上障碍物的尺寸不一,如防震锤、悬线夹等小型设备在线上的长度一般小于500mm。
图1 仿人手臂越障的巡检机构
2.2 高压巡检机构整体结构设计
为解决目前高压线巡检机构对于高压线环境适应能力低、越障能力不足等问题,利用仿生原理设计了模块化巡检机构。
提出了由轮臂移动机构和越障机构相结合的轮臂移动模块。
通过这种组合方式可以形成具有开闭结构与移动能力的高压线巡检机构。
机构的控制系统通过光电传感器感知障碍物位置,并通过陀螺仪获取的角度信息调整机构位姿。
2.2.1 机构结构的设计方案
高压线路是巡检机构的唯一作业路径,且具有一定的承重能力。
而其外径尺寸一般为14-20mm 。
本机构采用前后四组相间错开的单侧悬挂车轮悬挂在电缆上行走,由四组步进电机独立驱动。
由此解决了行进部分与越障部分分离导致的机构复杂的问题。
车轮采
用特质结构,可以与输电线进行紧密贴合,从而具有攀爬能力。
图2 机构本体结构
中国矿业大学(北京)大学生创新训练项目(C201704548)资助。
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2.2.2 轮臂机构的设计
轮臂机构为特制滑轮与机械臂的组合机构,通过电机控制机械臂运动和滑轮滚动,从而使行走轮在电线上实现行走,是前进机构。
当轮臂检测到前方障碍后,后两个机械臂固定不动,前两个机械臂机构作为工作机构,通过工作的机械臂机构的张开与夹闭避障。
当工作的机械臂机构顺利通过障碍物后,进行对线路的重新确定,定位成功后缓慢将工作的张开轮臂夹合到输电线上。
2.2.3 机构巡检方式和驱动方式
由于超高压输电线路特殊环境,可以采用零线巡检和火线巡检驱动机构。
本机构同时配备充电电池和高压电流能源转换装置,被配有
供给能源切换装置,使得本巡检机构可同时适应火线和零线巡检。
图3 越障过程示意图
3 高压巡检机构控制系统设计
巡检机构控制逻辑:
巡检机构通过四个轮臂的依次顺序打开与闭合,使越障动作顺利进行。
以跨越绝缘子串为例,越障过程如图3所示。
以下是巡检机构越障过程分析:
(1)第一轮臂张开,其余三轮臂保持机构稳定,电机驱动滑轮使机构前进;(2)第一轮臂夹闭,第二轮臂张开,第一、三、四轮保持机构稳定,滑轮滚动使机构前进;(3)第一、二轮臂夹闭,第三模块张开,其余三轮臂保持机构稳定,机构前进;(4)第一、二、三轮臂夹闭,第四轮臂张开,机构行进,顺利完成越障。
4 结论
该巡检机构采用轮臂移动机构和越障机构相结合的方式,通过这种组合方式可以形成具有开闭结构与移动能力的高压线巡检机构。
具有稳定重心、较好的机动性。
巡检机构携带设备可选择范围较广,除了携带检测输电线损坏程度的设备外,还可以携带清雪装置,用于大雪天气对高压输电线路进行除雪以保证输电线路正常工作;或者携带清洁装置,对输电线路上的杂物进行清洁。
参考:孙翠莲,王洪光,赵明扬,等,超高压线巡检机器人移动越障机构综述:机械设计与制造,2006,44(10):161-163;朱兴龙,周骥平,王洪光,等,输电线巡检机器人越障机理与试验:机械工程学报,2009,45(2):119-125;徐显金,张昌汉,杨光友,等,基于磁悬浮的高压直流输电线路巡检机器人可行性研究:武汉大学学报(工学版),2015,48(2):274-278;许博,高压线巡检机器人的设计与研究:哈尔滨工业大学,2017;张廷羽,高压线巡检机器人的研究:上海大学,2009。
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争;(3)增值业务。
利用不同方向为受众提供他们需要的多媒体应用服务与数字信号。
2.3 推广应用机顶盒等先进设备
现在数字电视已经在全国范围内得到了普及,大部分地区的模拟电视均为数字电视所取代,随着电视机顶盒在国内覆盖的范围逐渐扩大,不仅模拟电视模式开始朝着数字电视转变,同时我国颠簸电视领域也逐渐朝着付费电视、IPTV及视频点播等发展。
当下数字电视一体机普及的速度非常慢,这种情况下对数字电视机顶盒的研究仍具有一定现实性意义,同时在研究数字机顶盒研究的过程中,也会进一步推进多媒体处理器的快速更新换代。
数字电视机顶盒最重要的作用在于可以接受数字电视广播信号,它的工作原理与数字卫星机顶盒、数字地面机顶盒具有一定相似性,区别在于信号传输介质有一定差异,有线电视广播技术用的是全电缆网络或光钎同轴网络,因为有点电视广播网络稳定性更佳,加上当前电缆调制调解器技术的发展已经非常纯熟,所以这类机顶盒在实际应用中往往可以达到预定的交互式使用目标,它可以还改所有交互式广播及媒体。
3 结语
综上,从当前我国经济发展需求来看,网络数字化广播电视技术的应用非常符合社会发展趋势,但是,不能否认的一点是,当前这方面发展过程中还存在很多问题亟待解决,必须及时制定出可行性的解决方案来。
广播电视技术创新必须将广播电视技术与网络数字化技术结合到一起,对广播电视领域中应用网络数字化技术的优势进行积极总结,充分发挥出网络数字化技术的优势,有效确保我国广播电视技术朝着更好的方向发展,促进我国电视广播水平的提升。
参考:石宝全,数字化环境下的广播电视节目制作技术应用探讨:中国战略新兴产业,2018(44):125;张银波,关于无线电广播电视发射技术的数字化未来与传播范围扩大的研究:中国新通信,2018,20(16):69;谭辛,基于数字化技术探讨无线电广播电视发射技术传播范围扩大策略:中国传媒科技,2018(08):60-61;包云鹏,网络数字化时代广播电视技术的发展历程及作用:西部广播电视,2018(15):244-245;季晓炜,探讨数字化环境下的广播电视节目制作技术应用问题:传播力研究,2018,2(09):188。
作者简介:李晓菊(1979—),辽宁朝阳人,毕业于渤海大学,朝阳市广播电视监测站工程师,研究方向:广播电视工程。