基于增强现实的电力系统配电网带电作业机器人研究

基于增强现实的电力系统配电网带电作业机器人研究

罗明杰

国网绵阳供电公司 四川 绵阳 621000

摘要：电力能源是促进国家经济发展的核心，我国在配电网作业中通常会选择人工带电作业的方式来完成日常保养与检修，因为工作环境相对较为恶劣，一旦操作失误或发生违章行为，极易造成较大的人身、设备及电网事故的严重后果。本文通过对带电作业机器人进行分析，并结合实际对以增强现实为核心的带电作业机器人提出个人观点，希望为关注配电网带电作业机器人的人群带来参考。

关键词：增强现实；配电网；带电机器人

引言：在电力行业发展中，带电作业成为了常态工作，在高压电气设备中，不停电检修容易造成伤亡事故。而科技水平的提高，机器人能够发挥出的作用有了质的飞跃，若能在配电网中利用机器人开展带电作业，就能够使工作效率、安全性得到大幅提升。因此，有必要对配电网带电作业机器人进行研究。

一、增强现实技术分析

增强现实（AR）技术，能够在使用中将虚拟与现实世界结合，然后采用三维模型、实时跟踪等技术，可以利用虚拟仿真技术将虚拟信息融入现实世界，以此来达到增强现实的目的。在模拟仿真阶段，经过多次叠加的虚拟数据信息其内容将会在真实世界中得到使用，而且在使用过程中还能够作用在人体感官中，以此来让人获得超越现实的体验^[1]。

增强现实关键技术如下：第一，跟踪注册技术。为了促使虚拟信息与现实场景的叠加，就必须令虚拟数据信息与现实环境在三维空间中完成匹配，此时便需要利用使用者空间定位以及虚拟信息真实空间定位来实现跟踪注册技术。通过跟踪注册可以检测到需要进行增强的物体特征与轮廓，特征点将会自动产生二维、三维坐标，以此来保证技术效果。第二，显示技术。为了获取足够真实的系统，需要结合色彩足够的显示器来加强显示效果。显示器通常可以分为头盔、非头盔两类，通过加强图像处理能够实现虚拟、现实环境的融合，满足用户的体验需求。第三，虚拟物体生成。增强现实技术能够在现实世界中叠加虚拟内容，虚拟物体的生成需要依托于三维建模技术，这样可以有效体现虚拟物体的真实感。在生成虚拟物体时，自然交互技术则能够发挥出辅助作用，在提高数据输入效率的同时能够提高信息加工质量。第四，交互技术。增强现实的目的是将虚拟事物映射到现实中，而交互技术则能够提高虚拟、现实的融合效果，让人的AR体验变得更好。第五，合并技术。增强现实必须保证具有足够的真实感，为了提高真实感，增加现实体验，就需要在考虑虚拟定位的同时注意各种事物相互之间的遮挡关系，只有从模型、色调等方面同时出发，才能够使AR体验达到最佳。

二、以增强现实为核心的配电网带电作业机器人分析

（一）双臂协调控制问题分析

双臂协调控制指的是在控制约束作用下，机器人的两条机械臂可以在互不干扰的情况下完成给定的动作，并在工作中通过协调配合来保证带电作业效果。在作业期间，机器人的机械臂需要在多数情况下进行协同工作，但是由于设计问题以及外界突发因素的干扰，机器人的双臂协调作业效果却很难得到保障，通过对双臂避碰问题进行研究，能够令机器人的双臂在运行过程中避免碰撞问题的发生。在对双臂运行路径进行规划时，应该按照运动优先级来完成甲、乙机械臂的划分，其中甲臂具有更高的运动优先级，这样甲臂便可以在检修人员的远程操作下实现优先作业。针对甲臂的处理可以使用常规路径的规划方式来完善其运行路径，而乙臂因为优先级较低，所以要在甲臂的干扰下完成对于路径的合理规划。

双臂机器人在规划机械臂路径期间，另一条机械臂同样需要运动，运动期间会产生非结构性环境，此时进行路径规划其难度更高，在检测碰撞情况时，需要注意以下几点：第一，观察机械臂在XY平面中的投影是否存在重叠的情况，若投影未发生重叠，则机械臂便不会出现碰撞的情况。第二，双臂投影重叠后观测Z平面的重叠情况，若Z面出现重叠着意味着机械臂会出现碰撞的情况。第三，多条线段相交时需要利用与X轴垂直的垂线进行扫描，并在扫描期间完善次序情况。通过强化现实带动两条机械臂进行作业时，如果两条机械臂同时进行运动，则将有可能出现干涉碰撞的情况。在协调控制期间，可以通结合机械臂关节变量以及连杆长度来完成运动学建模，并得出双臂运动学正逆解，然后结合运动优先级来实现路径划分，即所有路径的相同的运动轨迹都要遵循甲臂优先的原则，若甲臂在运动中会对乙臂造成干扰，则检修人员无法对机器人下达作业指令^[3]。

（二）安全保护程序分析

基于增强现实的带电作业机器人需要在变电站、高压线路中开展不断电作业，所以作业期间的安全保护极为关键。安全保护程序在构建期间必须严格贯彻预防为主的理念，通过加强对作业过程的监管来发现作业期间的异常情况。进而避免设备安全问题的出现。需要注意的是，在程序设置时同样需要注意安全保护优先级，即人员安全大于设备安全大于作业流程有效性。检修人员在对机器人下达工作指令时，安全保护程序要时刻针对异常情况进行监察，若发现系统存在异常情况，则要在第一时间发出指令进行预警，此时机器人要断开人员的操作权限，并根据电脑指令自动移动至安全区域，直至异常问题检修完成后，检修人员方能继续对其下达作业指令。

（三）机器人控制形式分析

机器人在运行期间，需要通过动作执行程序来带动机械臂的协调运动，在作业期间，因为基于增强现实技术，检修人员距离机器人相对较远，所以其作业控制形式可以分为主从、自主控制两类。检修人员通过眼镜自行判断作业流程并进行控制属于主从控制模式，而在上位机操作下自行完成作业则属于自主控制，操作者只需要结合实际情况选择适当的作业形式即可，而且随着科技的不断发展，自主控制模式还将会逐渐变得更加完善。

（四）发展前景分析

带电作业机器人的技术特点极为鲜明，强大的安全性是其得到广泛关注的关键所在，所以在其今后发展中，依然要将安全性作为发展核心，以此来放大带电作业机器人的优势所在。安全性发展要从人员、机器人两个角度分别出发，通过增加防护设备能够降低机器人运行期间所受到的各种干扰，而操作人员的安全性则可以通过增加间距、防护等方式来实现。另外还可以通过发展新兴技术来进一步提高工作安全性与工作质量。例如将带电作业机器人与自动化、智能技术相融合，可以促使机器人的工作能力得到大幅提高。各种新兴技术在应用期间应该考虑技术经济性，只有经济性得到保障，才能够令此类技术的工作模式得到全面普及。对于电力系统配电网而言，带电作业机器人是未来的发展趋势，其发展前景极为广阔，只有重点关注带电作业机器人的运行、发展趋势，才能够有效电力系统配电网的作业难度。

结论：总而言之，在电力系统配电网作业中，传统的人工作业具有非常明显的缺陷，即工作效率与安全性难以得到保障。而通过基于增强现实的带电作业机器人，则能够令工作效率得到显著提升。相信随着更多人了解到带电作业机器人的优势所在，机器人的功能性与作业质量一定会变得更强。

参考文献：

[1]徐善军,任书楠,张黎明.基于DSP的高压带电作业专用机器人一体化关节研制[J].制造业自动化,2021,43(03):143-146.

[2]任青亭,李帅,吕鹏.面向配网带电作业机器人的激光雷达与视觉系统融合定位[J].测绘通报,2021(02):98-102+116.

[3]邹德华,江维,李红军.220kV高压电力极端环境下带电作业机器人控制方法研究[J].武汉纺织大学学报,2020,33(02):60-63.