高压线路智能巡检机器人控制系统设计

高压线路智能巡检机器人控制系统设计

张旺

（中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司河南省郑州市450007）

摘要：我国经济发展迅速，同时各行业的发展也是有目共睹，尤其是电力行业的发展，已经达到发达国家水平，与此同时，高科技的渗入，使得电力行业的发展如鱼得水。在电力行业中，定期对架空线路进行故障的检测与修复，是供电可靠、稳定运行的基本保证。针对巡检机器人的作业环境与作业内容，设计了一种基于STC89C52单片机并结合PC104的巡检机器人。该机器人沿着高压线路行驶，通过其所携带的温度传感器、摄像机、GPS、无线通讯等设备对线路进行检测与数据传输。通过在实验室内模拟环境进行调试，基本实现了预期要求。

关键词：高压线路；智能巡检机器人；控制系统设计

引言

我国电力行业发展至今，不管是其规模还是先进的科学技术，都离不开国家经济的大力支持和政策的扶持，在电力行业中，高压输电线路的技术水平比较高，且地理位置大多数比较严峻，对于高压输电线的巡检就成了必不可少的环节，巡检也给高压输电线路的安全带来了保证，防止意外的发生。高压输电线路可以进行人工巡检，人工巡检有一定的危险性，因为其环境的因素，容易出现人员伤亡。直升机巡检，减少了人工巡检的危险性，但是成本比较大，对于巡检也不能仔细的进行。机器人巡检，安全性高，成本比较低。但是目前的机器人的巡检方式比较单一，很多实际问题不能得到解决。没有办法和人工或者直升机巡检一样长距离并且高效的完成巡检过程，所以在根据实际问题的情况下我们根据武汉大学研制的巡检机器人进行进一步的提升和完善，对更多的实际问题可以得到解决，让机器人巡检更加的好。

1高压线路智能巡检机器人简介

输电线路的巡检是供电企业的一项非常常规和重要的工作。传统的高压输电线路巡检方法主要以人工巡线为主，其巡线效率低，劳动强度大，工人经常野外工作，工作环境恶劣，并且跨越高山、密林、大河的输电线路档段的巡检难度更大，存在安全隐患．采用直升机巡检效率较高，但是其经济效益差，并且容易忽略输电线路的细微损坏．采用无人机巡检也具有效率高的优点，但其续航能力差，易受环境的干扰，如气压变化、大风、雨雪等天气下，难以执行巡检作业。巡检机器人是一种用于巡检高压输电线路的特种机器人，可用于代替人工巡检，其巡检效率高，成像效果好，是机器人技术与输电线路巡检技术发展相结合的趋势。沿地线穿越越障巡线机器人是一种能够在架空地线上行走并对架空高压输电线路走廊进行巡检的机器人设备。巡线机器人设备的发展已经达到工程实用化阶段，机器人机械与控制已经能够满足高压输电线路巡检要求。

2高压线路智能巡检机器人系统组成

巡检机器人由巡检机器人本体和地面基站组成。巡检机器人的本体是整个系统的核心部分，主要包括巡检机器人的机械部分、巡检部分、驱动部分、通讯部分、电源部分等。地面基站主要由PC机组成，与巡检机器人本体间通过蓝牙连接，实时接收机器人巡检图像与数据、发送控制指令等。本文主要对巡检机器人的本体控制部分进行了设计。控制系统总体结构机械部分：巡检机器人以输电线路的地线为工作路径，在线路上移动来进行巡检任务，要求机器人能够在线路上以稳定的速度移动。轮式滚动的行走方式可以确保其行走的稳定性，也可保证一定的速度。故采用双轮滚动的行走机构。巡检部分：由DS18B20温度传感器、摄像机构成，通过PC104嵌入式工控机对摄像机的控制，可实现对输电线路、杆塔、绝缘子等的可见光图像的巡查。驱动部分：通过STC89C52单片机对驱动模块进行驱动，由于架空地线带有弧度且机器人需携带大量传感器，对于电机的扭矩有一定的要求，主要选用功率大小为25~40W的无刷直流电机。

3通讯部分

由于在实验室进行调试，选用了蓝牙模块，在实际应用中蓝牙模块的通讯距离短，传输速度慢，可更换为无线局域网（WLAN）或3G通信系统。电源部分：巡检机器人工作在高空，其电源应为移动电源，并且要求电源重量轻、体积小、容量大。对比多种电源，发现采用锂电池作为电源非常适合。

4主要功能

对于高压输电线路的巡检过程比较繁琐，所以他的主要功能也比较多，譬如，巡检过程中需要进行人员的控制，对机器人需要安装摄像功能，对于摄像功能的要求比较高，对于黑暗地区等都要确保可以拍到，所以安装红外线成像仪和可见光摄像机就必不可少，需要机器人储存传输拍下来的照片；在行动的过程中要注意平稳地区和起伏地区的运行问题，在运行坡度大于8°的时候要进行蠕动行动的方式，在坡度低于8°的时候也要注意进行防震等设置。平稳地区也要注意防滑等问题；由于高压输电线路范围较大所以对于电能的考察也很重要，为了防止机器人在运行的过程中出现断电等问题，所以对于电能补给，太阳能设计，在较高的地方安装太阳能板进行转化电源，譬如塔杆的顶端，然后在机器人身上安装充电插头等，方便充电，可以确保工作能够顺利的完成。中途不会出现较大的问题；对于图像的传输和视频的传输，需要网络的安装，和机器人自身需要内存设计，防止出现拍摄后无法保存的问题。还要对拍摄的图片和视频进行处理防止出现无法观看或者是照片视频的拍摄不清楚。提高工作的效率。

5新型穿越越障巡检机器人关键技术

因为部分地区地形的考验，所以对于机器人本体的机械结构，有很大的考验，所以在设计机器人本体机械的时候，需要考虑到在平缓地区或者有起伏地区的地方应当如何进行前进，由于会有一些恶劣天气的影响，所以在机器人行走的齿轮要进行防滑设计还要提高他的使用消耗的问题，可以安装聚胺酯材料来提高他的使用效率问题。在运行到起伏地区可以设置两个机械臂的方法，机械臂上可以安装滑轮，机械臂可以设计为三个旋转的环节，这样可以确保在一些地区，可以使用机械臂行走的方法，避免起伏地区无法行动。因为部分高压输电线路检查的需要比较仔细，所以设置一个可以伸缩的长臂，在长臂上安装摄像头等，进行拍摄的时候可以更加清楚，准确的拍到每个地方，也可以解决一些比较高的地方拍不到或者拍不清楚的问题，等已解决。高压输电线路的部分地区可能有密集的地方，所以对于机器的大小，进行调整，尽量让机器人不那么笨重，可以更加便捷，有利的在高压输电线路上进行工作作业。也让工作作业更加的安全，更加的接近到实际的问题。在机械臂的设计过程中，我们发现机器人除了平行运动外还需要其他的运行方式，才能更好的检验的更全面一些，所以机械臂需要安装可以旋转的关节，和垂直，平行运动的关节，让机器人更加的便利。

结语

高压线路巡检机器人以高压线路地线为作业路径，可完成基本巡检任务的机器人。设计基于STC89C52单片机并结合PC104中控机的巡检机器人的控制系统。结合输电线路巡检作业环境，通过分析设计了一种适合运行于高压线路地线的本体机构；通过分析其作业内容，设计其通过所携带的温度传感器、摄像机、GPS、无线通讯等设备对线路进行检测与数据传输。所设计巡检机器人有助于提高高压线路巡检的工业化及自动化程度、提高巡检的效率、减轻巡检工作人员的劳动强度、降低巡检过程中的成本、确保电力线路的稳定运行。

参考文献：

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[4]何缘，吴功平，王伟，杨智勇.高压输电线路智能巡检机器人的研制与应用[J].武汉大学学报（工学版），2016，03：446-451+464.