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三臂式高壓輸電線路巡檢作業機器人

自從20世紀初發明三相交流輸電以來，采用高壓和超高壓架空輸電線是長距離輸配電能的主要方式，定期巡檢是高壓架空輸電線路安全穩定的運行的重要保證。鑒于高壓輸電線路檢測工作的重要性和艱苦性，開發一種可以替代或部分替代巡線工人進行巡檢作業的新型設備一直是國內外相關研究領域的研究熱點之一。基于長臂猿仿生結構的三臂式高壓輸電線路巡檢作業機器人，在自主工作和地面控制平臺遠程操作兩種工作模式下，能夠沿110kV-500kV輸電線路相線行駛，可以基本取代傳統的線路巡檢方式，完成部分或全部巡檢的任務。機器人能夠以不小于1.2km/h的平均速度自動行駛并跨越直線段上的防震錘、間隔棒等線路設備，在地面控制平臺的操控下，具備跨越耐張桿塔功能。巡檢過程中，機器人可記錄和保存相對線路的GPS信息，所得圖像與數據可存儲于機器人本體內并與地面控制平臺之間進行無線通信傳輸。機器人本體搭載不同的巡檢設備，采用模塊化接口，可方便更換如紅外成像儀、可見光云臺、激光測距儀等巡檢設備。在行駛過程中，機器人可實時監測能耗和動態規劃巡檢任務，同時具備在線取電裝置和充電模塊，滿足長距離的巡檢需求。機器人主要功能及技術參數三臂式高壓輸電線路巡檢作業機器人平臺系統具有搭載各種作業工具，自動跨越架空線路各種障礙，并能完成相應作業的功能。具體技術參數為： 1、能夠在 110kV-500kV 架空輸電線路環境下穩定、可靠行走，自動跨越防震錘、懸垂線夾、間隔棒、接續管等障礙物。 ① 自動行駛時，行走速度不低于1.2km/h； ② 采用50AH鋰電池供電，持續工作時間≥3.5小時； ③ 機器人本體重量≤40kg，最小尺寸（長×寬×高）1300×530×850mm； ④ 機器人可跨越線路各種障礙，進行帶電作業； ⑤ 能夠爬坡度不低于 40°的線路，并且滿足超高壓輸電線路安全規程要求。 2、移動作業機器人平臺在無線遠程監控下，沿架空線路行走與越障。遠程監控系統檢測距離≥500米。機器人能夠將作業信息、路線監測信息（紅外錄像）、電池監控信息等下傳到地面基站。創新點本項目研究以雙ARM為控制核心、基于仿生結構特征的架空線路移動作業機器人平臺。該機器人平臺能夠在自身攜帶的控制系統下穩定可靠的在線路上運行，并能自主跨越線路中的各種障礙（線錘、線夾、跳線等），可以完全取代原有的線路作業方式，完成部分或全部線路作業任務。該項目與國內外類似研究相比較具有以下特色和創新點： 1）基于仿生學理論與方法，結合長臂猿骨骼結構的特征與長臂組成及比例參數，提出了一種具有長臂猿骨骼特征的架空線路移動作業機器人懸掛臂結構，實現了機器人平臺掛線穩定行走與越障功能。 2）開發研制了一種三臂式全驅動架空線路移動作業機器人平臺，該平臺爬坡角度大于50°，能夠在控制系統的配合下自主協調跨越線路中的防震錘、間隔棒、線夾等障礙，在人工輔助下，能夠穩定跨越引流線和絕緣子等跳線障礙。 3）機器人平臺控制系統采用雙ARM為控制核心，提出了一種雙ARM主副熱備份互容錯啟動控制技術。集成了多傳感器信息融合容錯技術、雙備份容錯技術和電磁干擾容錯技術等多重容錯技術，提高了系統的穩定性與可靠性。 4）建立了傳感器的信息融合規則和狀態檢測比對策略，研制了基于規則庫的多傳感器信息融合專家控制系統，從而提高了控制系統的響應效率和容錯可靠性。 5）開發設計了機器人平臺智能型在線取電與不間斷電源管理系統，實現了機器人平臺移動作業的智能充電與自主管理功能。成果社會效益及應用：該項目研究以雙ARM為控制核心、基于仿生結構特征的架空線路移動作業機器人平臺。該機器人平臺能夠在自身攜帶的控制系統下穩定可靠地在線路上運行，并能自主跨越線路中的各種障礙（線錘、線夾、跳線等），可以完全取代原有的線路作業方式，完成部分或全部線路作業任務。該機器人平臺能夠實現跨越安裝于導線上的防震錘、間隔棒、懸垂線夾、修補管等線路設備，具備跨越耐張桿塔功能；控制采用雙ARM為控制核心，提出了一種雙ARM主副熱備份互啟動容錯控制技術；集成了多傳感器信息融合容錯技術、雙備份容錯技術和電磁干擾容錯技術等多重容錯技術，提高了系統的穩定性與可靠性；建立了傳感器的信息融合規則和狀態檢測比對策略，研制了基于規則庫的多傳感器信息融合專家控制系統，從而提高了控制系統的響應效率和容錯可靠性；開發設計了機器人平臺智能型在線取電與不間斷電源管理系統，實現了機器人平臺移動作業的智能充電與自主管理功能。因此具有很好的推廣應用價值。該成果通過在山東眾域電氣科技有限公司實施，產生了良好的效果，為其他企業提供了可靠的技術平臺和經驗。本成果將進一步擴大其使用范圍，在架空線路檢測與維護作業中發揮更有效的作用。

青島共享智能制造有限公司 2021-09-13

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