2022電力行業(yè)架空輸電線路機(jī)器人

架空輸電線路機(jī)器人目錄TOC\o"1-3"\h\u35821輸電線路機(jī)器人概述 3136951.1線路巡檢機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4250381.2絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 861062輸電線路巡檢機(jī)器人 1067772.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 10254112.2移動(dòng)越障機(jī)構(gòu) 1266881.雙臂越障機(jī)構(gòu) 13307932.三臂越障機(jī)構(gòu) 18292492.3導(dǎo)航及定位技術(shù) 22125321.電磁導(dǎo)航 22289862.視覺導(dǎo)航 23298802.4電池及充電 23125411.太陽(yáng)能供電 23114962.激光供能 23225663.電容取電 2496924.感應(yīng)取電 2423315.其他取電方式 2525982.5檢測(cè)與故障診斷 2558593絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人 27206133.1移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2755733.2絕緣子檢測(cè)方法 30313624輸電線路機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例 31輸電線路機(jī)器人概述目前，對(duì)輸電線路進(jìn)行巡檢主要靠人工作業(yè)方式，采用肉眼或望遠(yuǎn)鏡對(duì)轄區(qū)內(nèi)的電力線路進(jìn)行觀測(cè)。由于輸電線路分布點(diǎn)多面廣、地理?xiàng)l件復(fù)雜，巡線工人需要翻山越嶺、涉水過河、徒步或驅(qū)車巡檢。這種方法勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率和檢測(cè)精度低、可靠性差。高壓絕緣子暴露于大氣中并長(zhǎng)期工作在強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)機(jī)械應(yīng)力、驟冷驟熱、風(fēng)吹雨打等惡劣環(huán)境中，因此絕緣子出現(xiàn)故障的概率很大，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。雖然目前有很多高壓絕緣子檢測(cè)方法，如超聲波檢測(cè)法、紅外測(cè)溫法、電壓分布法等，但基本仍然采用人工高空作業(yè)的傳統(tǒng)檢測(cè)方式，通過絕緣桿將檢測(cè)儀的探頭安放到絕緣子串上，對(duì)所有絕緣子逐片進(jìn)行檢測(cè)（如圖5－1所示），這樣才能檢測(cè)到絕緣子的有關(guān)參數(shù)。這些工作存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)性高、測(cè)量困難等問題。圖5－1絕緣子人工檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展為架空輸電線路巡檢和高壓絕緣子檢測(cè)提供了新的作業(yè)平臺(tái)和檢測(cè)方法。線路巡檢機(jī)器人能夠帶電作業(yè)，以一定的速度沿輸電線路爬行，并能跨越防振錘、耐張線夾、懸垂線夾、桿塔等障礙，利用攜帶的檢測(cè)裝置對(duì)桿塔、導(dǎo)線及避雷線、絕緣子、線路金具等實(shí)施近距離檢測(cè)，代替人工進(jìn)行電力線路的巡檢工作，可以進(jìn)一步提高巡線的工作效率和巡檢精度。絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人通過攜帶自動(dòng)檢測(cè)裝置，可以準(zhǔn)確檢測(cè)每一片絕緣子的電阻值，測(cè)量準(zhǔn)確率高，并能通過軟件識(shí)別出已經(jīng)漏電但尚未擊穿的處于臨界損壞的絕緣子。絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人對(duì)低值或零值絕緣子能自動(dòng)報(bào)警，提高了絕緣子檢測(cè)的準(zhǔn)確性，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)不良絕緣子，為絕緣子更換及故障預(yù)警提供依據(jù)。因此，線路巡檢機(jī)器人和絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人成為架空輸電線路機(jī)器人技術(shù)研究的兩個(gè)研究熱點(diǎn)。線路巡檢機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀線路巡檢機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)80年代末，日本、加拿大、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家先后開展了巡線機(jī)器人的研究工作。圖5－2光纖復(fù)合架空地線巡檢機(jī)器人1988器人，如圖5－2帶的導(dǎo)軌約100kg，由于自身質(zhì)量過大，對(duì)電源的要求較高。該機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制有粗略和精確定位兩種模式，粗略控制是把桿塔和地線的資料數(shù)據(jù)（線塔的高度、位置、地線長(zhǎng)度、線路上附件數(shù)量等）法探測(cè)光纖復(fù)合架空地線（OPGW）鎧裝層的損傷情況，并把探測(cè)數(shù)據(jù)記錄到磁帶上。1989年美國(guó)TRC公司研制了一臺(tái)懸臂自治巡檢機(jī)器人原型樣機(jī)。它能沿架空導(dǎo)線長(zhǎng)距離爬行，執(zhí)行電暈損耗、絕緣子、結(jié)合點(diǎn)、壓接頭等視覺檢查任務(wù)，對(duì)探測(cè)到的線路故障數(shù)據(jù)預(yù)處理后，傳送給地面人員。當(dāng)機(jī)器人遇到桿塔時(shí)，利用手臂采用仿人攀援的方法從側(cè)面越過桿塔。圖5－3饋電電纜巡檢機(jī)器人1990年日本法政大學(xué)開發(fā)了電氣列車饋電電纜巡檢機(jī)器人，如圖5－3所示。機(jī)器人采用多關(guān)節(jié)小車結(jié)構(gòu)和“頭部決策，尾部跟隨”的仿生控制體系，以10cm／s的速度沿電纜平穩(wěn)爬行，并能跨越分支線、絕緣子等障礙物。機(jī)器人由六對(duì)左右對(duì)稱、相互連接的小車組成，每個(gè)單體小車有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，一個(gè)用于行走驅(qū)動(dòng)，另一個(gè)用于控制連接前后小車的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角；左右小車采用具有自保護(hù)功能的磁鎖機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)。磁鎖機(jī)構(gòu)用永久磁鐵將左右小車?yán)卫捂i緊，使兩車橡膠驅(qū)動(dòng)輪抱住饋電電纜，由行走電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)沿電纜平穩(wěn)爬行。當(dāng)機(jī)器人遇到分支線、絕緣子等障礙物時(shí)，每對(duì)小車上磁鎖機(jī)構(gòu)中的電磁鐵通電，順次將磁鎖打開，機(jī)器人再改變兩側(cè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角，使左右小車分開；小車依次通過障礙物后，控制兩側(cè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)使左右小車合攏，電磁鐵斷電，磁鎖再次鎖緊，機(jī)器人恢復(fù)正常行走狀態(tài)。泰國(guó)的S.Peungsungwal等人于2001年設(shè)計(jì)了一臺(tái)自給電巡檢機(jī)器人原型，如圖5－4示。該機(jī)器人采用電流互感器從爬行的電力線路上獲取感應(yīng)電流，作為機(jī)器人的工作電電力線上爬行，無(wú)避障能力。圖5－4自給電巡檢機(jī)器人由日本Sato地面操作人員的遙控下，沿電力線行走，利用車載探測(cè)儀器探測(cè)線路損傷程度及準(zhǔn)確位加拿大魁北克水電研究院的SergeMontambault等人于2000年開始了Lin－eROVer路巡檢、維護(hù)等多用途移動(dòng)平臺(tái)。第三代原型機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊（23cm×17cm×12cm），重25kg，驅(qū)動(dòng)力大，抗電磁干擾能力強(qiáng)，能爬52°的斜坡，通信距離可達(dá)1km。小車采用靈活的模塊化結(jié)構(gòu)，安裝不同的工作模塊即可完成架空線視覺和紅外檢查、壓接頭狀態(tài)評(píng)估、導(dǎo)線和地線更換、導(dǎo)線清污和除冰等帶電作業(yè)，已在工作電流為800A的315kV電力線上進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。但是，LineROVer遙控小車無(wú)越障能力，只能在兩桿塔間的電力線上工作。之后，加拿大又研制開發(fā)了LineScout線路帶電維護(hù)機(jī)器人，如圖5－5所示。絕緣子串、間隔棒、防振錘等，不但可以進(jìn)行可見光和紅外視頻檢測(cè)，而且安裝有機(jī)械臂，能夠從事壓接管電阻測(cè)量、斷股修補(bǔ)、防振錘拖回等帶電作業(yè)。圖5－5LineScout線路帶電維護(hù)機(jī)器人20世紀(jì)90年代末，國(guó)內(nèi)的一些研究機(jī)構(gòu)和高等院校也開始了巡檢機(jī)器人的研究工作，并已經(jīng)研制出多種結(jié)構(gòu)的巡檢機(jī)器人樣機(jī)。在“十五”國(guó)家高新技術(shù)發(fā)展計(jì)劃（“863”計(jì)劃）的支持下，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、武漢大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所與山東大學(xué)同時(shí)開展了對(duì)架空輸電線巡檢機(jī)器人的研制工作。在“863”計(jì)劃及國(guó)家電網(wǎng)公司的支持下，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所開展了“沿500kV地線巡檢機(jī)器人”的研制，成功地開發(fā)出由巡檢機(jī)器人和地面移動(dòng)基站組成的系統(tǒng)，并與錦州超高壓局合作進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)帶電巡檢試驗(yàn)，完成了超高壓實(shí)際環(huán)境下的巡檢試驗(yàn)。該機(jī)器人能夠沿500kV地線行走、跨越障礙，并能利用攜帶的攝像機(jī)或紅外熱像儀等檢測(cè)裝置，檢測(cè)輸電線、防振錘、絕緣子和桿塔等輸電設(shè)備的損傷情況，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和地面基站的遠(yuǎn)程通信及基站對(duì)機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制，如圖5－6所示。該樣機(jī)的成功研制，在系統(tǒng)電源、機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)、檢測(cè)設(shè)備、通信設(shè)備、地面控制與數(shù)據(jù)后臺(tái)處理等方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)。在“863”計(jì)劃的支持下，武漢大學(xué)針對(duì)220kV單分裂相線，進(jìn)行了巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的研究，在機(jī)器人越障機(jī)構(gòu)、智能控制、移動(dòng)導(dǎo)航、機(jī)器視覺技術(shù)、電能在線補(bǔ)給等方面取得了一定的突破。巡檢機(jī)器人采用二臂回轉(zhuǎn)式懸掛機(jī)構(gòu)，能夠避讓和跨越防振錘、懸垂和耐張絕緣子串、跳線等各種障礙物，如圖5－7所示。利用機(jī)器人攜帶的攝像裝置，實(shí)現(xiàn)線路及其安全通道的檢測(cè)與巡視，將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)和圖像信息經(jīng)過無(wú)線傳輸系統(tǒng)發(fā)送到地面基站；通過地面基站接收、顯示發(fā)回的數(shù)據(jù)和圖像資料。圖5－6中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所研制的巡線機(jī)器人圖5－7武漢大學(xué)研制的巡線機(jī)器人同時(shí)，中國(guó)科學(xué)院北京自動(dòng)化所和山東大學(xué)聯(lián)合開展了“110kV輸電線路自動(dòng)巡檢機(jī)器人”的研究，如圖5－8所示，其研究成果主要表現(xiàn)在：①設(shè)計(jì)了三臂懸掛式移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)；②采用“基于知識(shí)庫(kù)的自動(dòng)控制”和“基于視覺的遠(yuǎn)程遙控主從控制”的混合控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了典型障礙的越障；③采用多層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)分類器，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境下絕緣子開裂、破損的視覺檢查；④基于遠(yuǎn)紅外熱釋電傳感器及小波熵理論，實(shí)現(xiàn)了輸電線斷股的在線檢測(cè)與診斷。圖5－8中國(guó)科學(xué)院北京自動(dòng)化所和山東大學(xué)等研制的巡線機(jī)器人國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院與山東魯能智能技術(shù)有限公司合作，開發(fā)了如圖5－9所示的三臂越障機(jī)器人。該機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)綜合了多節(jié)分體機(jī)構(gòu)和輪臂復(fù)合機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，行車運(yùn)動(dòng)機(jī)理兼容了輪式移動(dòng)和步進(jìn)式蠕動(dòng)爬行的特點(diǎn)，剛度大，姿態(tài)穩(wěn)定性好，跨越障礙能力強(qiáng)；控制系統(tǒng)具有上、中、下三層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多自由度控制和多傳感器信息處理；具有用于高壓架空輸電線路的自具電源及智能電池充電一體化裝置。該三臂越障機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、操作方便，在實(shí)用性上具有一定優(yōu)勢(shì)。圖5－9國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院與山東魯能智能技術(shù)有限公司研制的三臂越障機(jī)器人絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與線路巡檢機(jī)器人相比，進(jìn)行絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人技術(shù)研究的科研機(jī)構(gòu)相對(duì)較少，且多處于研究起步階段，公開的專利較多，實(shí)用化的產(chǎn)品或樣機(jī)較少。日本住友電氣機(jī)械株式會(huì)社在1982年發(fā)明了一種不良絕緣子串檢測(cè)裝置，主要用于雙聯(lián)絕緣子串的檢測(cè)。將檢測(cè)裝置架放到絕緣子串上，采用機(jī)械自動(dòng)行走的裝置自動(dòng)爬行，逐個(gè)測(cè)量絕緣子兩端的絕緣電阻，通過對(duì)絕緣電阻的分析，判斷不良絕緣子。圖5－10為美國(guó)專利公開的一種懸式絕緣子串帶電巡檢機(jī)器人機(jī)構(gòu)，機(jī)器人本體沿帶電懸垂絕緣子串做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人結(jié)構(gòu)包括上下可調(diào)節(jié)的環(huán)繞絕緣子支架、安裝在機(jī)器人本體移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)模塊、電子檢測(cè)模塊、用于將機(jī)器人本體和安裝卸載機(jī)構(gòu)連接的連接模塊、手動(dòng)將機(jī)器人從絕緣子上拆除的開關(guān)翼模塊、兩側(cè)絕緣子電特性的測(cè)量模塊、控制機(jī)器人動(dòng)作的控制器及探測(cè)絕緣子缺損的缺損探測(cè)單元。該專利在對(duì)水平耐張絕緣子串檢測(cè)時(shí)，其驅(qū)動(dòng)模塊上的輪爪只能與絕緣子的一側(cè)表面接觸，所以在檢測(cè)水平絕緣子串時(shí)只能單向爬向，機(jī)器人無(wú)法重復(fù)檢測(cè)，也無(wú)法自行返回?！眻D5－10美國(guó)專利公開的一種懸式絕緣子串帶電巡檢機(jī)器人機(jī)構(gòu)圖5－11為遼寧電力公司和中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化所開發(fā)的絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人樣機(jī)。采用絕緣子檢測(cè)機(jī)器人后，檢修人員只需配合機(jī)器人檢測(cè)程序，將機(jī)器人放置在需要檢修的絕緣子串上即可。機(jī)器人會(huì)自動(dòng)逐片移動(dòng)檢測(cè)，每越過一片絕緣子，立即觸發(fā)智能絕緣子檢測(cè)儀，完成阻值檢測(cè)。此樣機(jī)適用于耐張塔雙聯(lián)水平絕緣子串的帶電檢測(cè)，具有運(yùn)動(dòng)連續(xù)性好、檢測(cè)作業(yè)速度快、對(duì)絕緣子防污閃涂料涂層磨損小等優(yōu)點(diǎn)。圖5－11遼寧電力公司和中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化所開發(fā)的絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人圖5－12為武漢大學(xué)在2005年提出的一種發(fā)明專利，涉及一種在高壓線路懸垂絕緣子臂與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)軸連接；旋轉(zhuǎn)臂與固定臂上的夾爪分別由活動(dòng)手指和固定手指組運(yùn)動(dòng)。圖5－13為國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院與山東魯能智能技術(shù)有限公司合作開發(fā)的絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人。該機(jī)器人平臺(tái)引進(jìn)了韓國(guó)電力公社絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人技術(shù)，并根據(jù)國(guó)內(nèi)線路特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和功能擴(kuò)展，能夠運(yùn)行于最高電壓等級(jí)1000kV的懸垂和水平雙聯(lián)絕緣子串上，可以開展可見光檢測(cè)、電阻測(cè)量、分布電壓測(cè)量、憎水性檢測(cè)等帶電作業(yè)項(xiàng)目，綜合評(píng)價(jià)絕緣子串的運(yùn)行狀態(tài)。該機(jī)器人已完成產(chǎn)品樣機(jī)研制，并在多條線路進(jìn)行了帶電檢測(cè)。圖5－12武漢大學(xué)發(fā)明的絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人爬行機(jī)構(gòu)圖5－13國(guó)網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院與山東魯能智能技術(shù)有限公司合作開發(fā)的絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人輸電線路巡檢機(jī)器人系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)線路巡檢機(jī)器人主要由機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)和檢測(cè)作業(yè)工具兩部分組成，涉及移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械系統(tǒng)仿真分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、導(dǎo)航及定位技術(shù)、電池及充電技術(shù)、檢測(cè)與故障診斷技術(shù)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)架空輸電線路的實(shí)際情況，線路巡檢機(jī)器人要完成多檔距線路的巡檢任務(wù)，就必須能以一定的速度沿輸電線路或地線移動(dòng)，并能跨越防振錘、耐張線夾、懸垂線夾等常規(guī)障礙物，還必須具有翻越相關(guān)類型桿塔的能力，然后才能利用機(jī)器人所攜帶的傳感器、檢測(cè)儀器對(duì)輸電線路實(shí)施巡視檢測(cè)。架空輸電線路的主要部件有導(dǎo)線和避雷線（架空地線）、桿塔、絕緣子、金具、桿塔基礎(chǔ)、拉線和接地裝置等，如圖5－14所示。圖5－14架空輸電線路線路巡檢機(jī)器人懸掛在柔性的架空輸電線路上，越障時(shí)應(yīng)保證機(jī)器人姿態(tài)平穩(wěn)，并保持與其他導(dǎo)線和桿塔金屬部件的安全間距及足夠的越障行程。針對(duì)高壓輸電線路的實(shí)際情況和障礙物類型，多檔距巡檢機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)輸電線路上多個(gè)檔距之間的自主爬行和越障，并能完成所要求的巡檢任務(wù)，首先要求機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)要具備合理的機(jī)械機(jī)構(gòu)，否則巡檢機(jī)器人可能無(wú)法完成既定的工作任務(wù)，即使勉強(qiáng)完成也會(huì)極大地增加控制系統(tǒng)的難度，影響巡檢效率。巡檢機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)具有如下特點(diǎn)：種障礙物，并且末端執(zhí)行器能夠進(jìn)行空間位置姿態(tài)的靈活調(diào)整。器、信息傳輸設(shè)備，并與導(dǎo)線形成等勢(shì)體。合要求的控制精度。情況等，因此需合理分配各種任務(wù)，以確?？刂葡到y(tǒng)各模塊之間的協(xié)調(diào)工作。由于機(jī)器人工作在距離地面20～30m巡檢時(shí)間足夠長(zhǎng)。架空輸電線路日常巡檢維護(hù)時(shí)要檢查的內(nèi)容很多，考慮到線路巡檢機(jī)器人的特點(diǎn)，檢測(cè)作業(yè)部分主要收集的信息至少應(yīng)包括如下內(nèi)容：斷輸電線路組件是否處于異常狀態(tài)或已經(jīng)損壞。沿高壓線路通道信息。根據(jù)沿線植物、建筑物、地上的運(yùn)動(dòng)物，來(lái)判斷其是否靠近輸電線而使輸電線處于危險(xiǎn)狀態(tài)中。熱信息。檢測(cè)出可能的局部過熱點(diǎn)，用來(lái)推斷線路的不同載荷水平。線路巡檢機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅要考慮實(shí)現(xiàn)更多的檢測(cè)作業(yè)功能，同時(shí)還要考慮所設(shè)計(jì)的巡檢機(jī)器人具有較高的檢測(cè)效率、較低的成本、較輕的質(zhì)量，便于操作和維護(hù)，以提高線路巡檢機(jī)器人的實(shí)用性。移動(dòng)越障機(jī)構(gòu)由于機(jī)器人工作在有多種障礙物（如防振錘、跳線、耐張線夾等）的柔性架空輸電線路上，這種復(fù)雜的線路結(jié)構(gòu)決定了巡檢機(jī)器人的機(jī)械本體必須要由行走機(jī)構(gòu)和越障機(jī)構(gòu)兩部分組成。行走機(jī)構(gòu)可采用輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)和蠕動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)兩種形式。為保證機(jī)器人的巡檢速度，目前巡檢機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)大多采用輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。蠕動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)更適宜管路巡檢。由于單純的輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)不具有越障能力，因此還需要設(shè)計(jì)越障機(jī)構(gòu)?？晒┻x擇的本體機(jī)構(gòu)形式有仿人手臂攀援機(jī)構(gòu)、輪臂復(fù)合機(jī)構(gòu)、多節(jié)分體機(jī)構(gòu)等。仿人手臂攀援機(jī)構(gòu)可分為可伸縮手臂和輔助探臂等?？缮炜s手臂在遇到障礙時(shí)，調(diào)整手臂伸縮長(zhǎng)度夾持輸電線，以仿人攀援行為的方式避越障礙；輔助探臂機(jī)構(gòu)在遇到障礙時(shí)，掛在障礙兩端，使得機(jī)器人本體在探臂軌道上滑過，避越障礙。節(jié)排隊(duì)依次通過障礙。的伸縮和擺轉(zhuǎn)的配合，使得輪臂結(jié)構(gòu)避越障礙。輪臂復(fù)合機(jī)構(gòu)與仿人手臂和多節(jié)分體機(jī)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，相同條件下質(zhì)量較境不發(fā)生干涉的能力強(qiáng)。多節(jié)分體機(jī)構(gòu)抗干擾能力強(qiáng)，也適宜各種障礙類型的跨越。但作。隨著對(duì)巡檢機(jī)器人研究的不斷深入，人們對(duì)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)必然會(huì)提出更高要求，主要表現(xiàn)在輕量化、操作簡(jiǎn)單化和越障高效化等方面。盡量簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)，采用性能好、密度小的高分子材料及更加科學(xué)實(shí)用的能源供給方式。操作簡(jiǎn)單化、越障高效化。操作簡(jiǎn)單化不但可以減小控制的復(fù)雜性，而且可以提活、高效率的越障。雙臂越障機(jī)構(gòu)雙臂越障機(jī)構(gòu)與三臂越障機(jī)構(gòu)相比，減小了機(jī)器人的體積和功耗，但雙臂在越障時(shí)只有一個(gè)手臂夾緊導(dǎo)線，所以必須在機(jī)器人本體上增加可移動(dòng)的配重，在越障時(shí)調(diào)節(jié)配重位置，使機(jī)器人整體重心位于夾緊手臂的下方，保證機(jī)器人的平衡。雙臂越障機(jī)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及線路環(huán)境。圖5－15人的三維實(shí)體裝配模型，其零部件主要有移動(dòng)輪、夾持手爪、上臂、垂直絲杠、水平絲計(jì)了夾持手爪，防止機(jī)器人從線路上摔落。圖5－16為雙臂越障機(jī)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人線路環(huán)境的三維模型示意圖。圖中示出了機(jī)器人在輸電線路上運(yùn)動(dòng)時(shí)遇到的常見障礙物——絕緣子串和防振錘。下面主要以移動(dòng)機(jī)器人跨越防振錘為研究目標(biāo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，跨越絕緣子串與此過程相類似。圖5－15雙臂越障機(jī)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人的三維實(shí)體裝配模型圖5－16雙臂越障機(jī)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人線路環(huán)境的三維模型示意圖機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。將在三維軟件中建立的雙臂越障移動(dòng)機(jī)器人的裝配模型及各關(guān)節(jié)施加運(yùn)動(dòng)副（主要為轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副）。圖5－17為模型施加約束后的示意圖。除模型各關(guān)節(jié)之間以各種運(yùn)動(dòng)副建立相互關(guān)系之外，由于移動(dòng)輪要在導(dǎo)線上移動(dòng)，因此，在移動(dòng)輪和導(dǎo)線之間同時(shí)建立接觸關(guān)系，在后續(xù)進(jìn)行干涉仿真時(shí)，還要建立和導(dǎo)線發(fā)生干涉的零部件與導(dǎo)線的接觸關(guān)系。圖5－18為模型施加驅(qū)動(dòng)及接觸關(guān)系后的示意圖。圖5－17模型施加約束后的示意圖圖5－18模型施加驅(qū)動(dòng)及接觸關(guān)系后的示意圖圖5－19機(jī)器人在無(wú)障礙段滾動(dòng)前進(jìn)過程仿真。第一步，機(jī)器人在線路上無(wú)障礙段做滾動(dòng)前進(jìn)，如圖5－19所示。第二步，機(jī)器人遇到障礙物，停止運(yùn)動(dòng)，前臂手爪夾持住導(dǎo)線，如圖5－20所示。第三步，機(jī)器人前臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)20°，使整個(gè)后臂部分抬起，如圖5－21所示。圖5－20機(jī)器人遇障停止運(yùn)動(dòng)，前臂手爪夾持住導(dǎo)線第四步，機(jī)器人后臂繞自身旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180°，以免在下一步移動(dòng)過程中與前臂發(fā)生碰撞干涉，如圖5－22所示。圖5－21前臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)20°，后臂抬起圖5－22后臂繞自身旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180°第五步，機(jī)器人后臂沿導(dǎo)軌滑移至最左端，如圖5－23所示。第六步，機(jī)器人前臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)40°，再次抬起后臂，如圖5－24所示。圖5－23后臂沿導(dǎo)軌滑移至最左端圖5－24前臂順時(shí)針旋轉(zhuǎn)40°，再次抬起后臂第七步，機(jī)器人后臂繞自身旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180°，為落線做準(zhǔn)備，如圖5－25所示。第八步，機(jī)器人前臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)40°，再次降下后臂，如圖5－26所示。越障做好準(zhǔn)備，如圖5－27所示。第十～第十六步，重復(fù)第三～此，機(jī)器人整體完全越過障礙物。圖5－25后臂繞自身旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)180°圖5－26前臂逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)40°，再次降下后臂在機(jī)器人后臂手爪夾持導(dǎo)線，前臂抬起并旋轉(zhuǎn)的過程中，機(jī)器人前臂與導(dǎo)線發(fā)生了干涉（參見圖5－28圓圈標(biāo)記部分及其后視圖5－29），針對(duì)這一現(xiàn)象，在后臂抬起后，使后臂根部繞其旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過一定角度，即可避免碰撞的發(fā)生，如圖5－30所示。圖5－27后臂手爪夾持住導(dǎo)線，完成后臂越過防振錘的過程圖5－28前臂與導(dǎo)線發(fā)生干涉圖5－29前臂與導(dǎo)線干涉后視圖圖5－30后臂根部轉(zhuǎn)過一定角度，前臂與導(dǎo)線干涉現(xiàn)象消除圖5－31為在圖5－32的優(yōu)化動(dòng)作規(guī)劃下，前臂移動(dòng)輪質(zhì)心x、y、z軸方向位移分量。?由圖可見，機(jī)器人在越障過程中，移動(dòng)輪質(zhì)心在x軸方向上逐漸左移，在y軸和軸方向上變化不大，機(jī)器人的整個(gè)越障過程較為平穩(wěn)。圖5－31前臂移動(dòng)輪質(zhì)心x、y、z軸方向位移分量三臂越障機(jī)構(gòu)緊導(dǎo)線，因此機(jī)器人容易實(shí)現(xiàn)平衡，但是三臂越障機(jī)構(gòu)功耗較大。三臂越障機(jī)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)及線路環(huán)境。圖5－32人的三維實(shí)體裝配模型，其零部件主要有移動(dòng)輪、前臂、中臂、后臂、水平絲杠等。圖5－32三臂越障機(jī)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人的三維實(shí)體裝配模型圖5－33機(jī)器人線路環(huán)境的三維模型示意圖圖5－33為機(jī)器人線路環(huán)境的三維模型示意圖。圖中示出了機(jī)器人在輸電線路上運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，在遇到防振錘時(shí)機(jī)器人可以直接壓過。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。將在三維軟件中建立的三臂越障機(jī)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人的裝配模器人各關(guān)節(jié)施加運(yùn)動(dòng)副（主要為轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副）。圖5－34為模型施加約束后的示意圖。除模型各關(guān)節(jié)之間以各種運(yùn)動(dòng)副建立相互關(guān)系之外，由于移動(dòng)輪要在導(dǎo)線上移動(dòng)，因此，在移動(dòng)輪和導(dǎo)線之間同時(shí)建立接觸關(guān)系，在后續(xù)進(jìn)行干涉仿真時(shí)，還要建立和導(dǎo)線發(fā)生干涉的零部件與導(dǎo)線的接觸關(guān)系。圖5－34模型施加約束后的示意圖過程仿真。第一步，機(jī)器人在輸電線路上做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，遇到防振錘繼續(xù)行走，直接壓過防振錘，如圖5－35所示。第二步，機(jī)器人遇到絕緣子串時(shí)，停止運(yùn)動(dòng)；機(jī)器人前臂抬起并順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°，使整個(gè)前臂驅(qū)動(dòng)輪抬起并脫離導(dǎo)線，如圖5－36所示。圖5－35機(jī)器人壓過防振錘滾動(dòng)前進(jìn)圖5－36機(jī)器人遇障停止運(yùn)動(dòng)，前臂抬起脫離導(dǎo)線第三步，機(jī)器人的中、后驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)，并使前臂越過絕緣子串后停止運(yùn)動(dòng)，如圖5－37所示。第四步，機(jī)器人前臂做與之前相反的動(dòng)作，使前輪重新與導(dǎo)線接觸，如圖5－38所示。圖5－37前臂越過絕緣子串后停止運(yùn)動(dòng)圖5－38前輪重新與導(dǎo)線接觸第五步，機(jī)器人中臂沿上下導(dǎo)軌滑移至最上端，沿左右導(dǎo)軌滑移至最右端，使中間驅(qū)動(dòng)輪遠(yuǎn)離導(dǎo)線，如圖5－39所示。第六步：機(jī)器人的前、后驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)，并使中臂越過絕緣子串后停止運(yùn)動(dòng)，如圖5－40所示。圖5－39中間驅(qū)動(dòng)輪遠(yuǎn)離導(dǎo)線圖5－40前臂越過絕緣子串后停止運(yùn)動(dòng)第七步，機(jī)器人中臂做與之前相反的動(dòng)作，使中間輪重新與導(dǎo)線接觸，如圖5－41所示。第八步，機(jī)器人后臂抬起并逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°，使整個(gè)后臂驅(qū)動(dòng)輪抬起并脫離導(dǎo)線，如圖5－42所示。圖5－41中間輪重新與導(dǎo)線接觸圖5－42后臂抬起脫離導(dǎo)線第九步，機(jī)器人的前、中驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)，并使后臂越過絕緣子串后停止運(yùn)動(dòng)，如圖5－43所示。第十步，機(jī)器人后臂做與之前相反的動(dòng)作，使后輪重新與導(dǎo)線接觸，如圖5－44所示。圖5－43后臂越過絕緣子串后停止運(yùn)動(dòng)圖5－44前輪重新與導(dǎo)線接觸至此，機(jī)器人整體完全越過絕緣子串。圖5－45前臂移動(dòng)輪質(zhì)心x、y、z軸方向位移分量圖5－45為在上述動(dòng)作規(guī)劃下，前臂移動(dòng)輪質(zhì)心x、y、z軸方向位移分量。由圖可見，機(jī)器人在越障過程中，移動(dòng)輪質(zhì)心在x軸方向上逐漸左移，在y軸和z軸方向上變化不大，機(jī)器人的整個(gè)越障過程較為平穩(wěn)。導(dǎo)航及定位技術(shù)自主導(dǎo)航是巡檢機(jī)器人應(yīng)具備的基本功能，用于規(guī)劃巡檢機(jī)器人的行走路徑，包括全局路徑規(guī)劃和局部越障規(guī)劃等。巡檢機(jī)器人沿架空輸電線路移動(dòng)，要跨越防振錘、懸垂絕緣子、線夾、桿塔等障礙，行走環(huán)境介于結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境之間，因此導(dǎo)航問題主要為局部越障規(guī)劃。局部越障規(guī)劃就是利用環(huán)境傳感器（如超聲傳感器、激光測(cè)距儀、視覺傳感器等）提供機(jī)器人周圍的局部環(huán)境信息，產(chǎn)生下一時(shí)刻機(jī)器人位姿信息。由于巡檢機(jī)器人工作在野外環(huán)境中，其行駛路徑周圍分布有強(qiáng)電場(chǎng)與強(qiáng)磁場(chǎng)，使其對(duì)自動(dòng)導(dǎo)航傳感器的選用十分苛刻。目前，巡檢機(jī)器人使用視覺導(dǎo)航的較多。視覺導(dǎo)航具有很高的空間和灰度分辨力，探測(cè)范圍廣、精度高，能夠獲取場(chǎng)景中絕大部分信息。另外，懸掛在導(dǎo)線上的機(jī)器人，由于風(fēng)力作用和自身姿態(tài)調(diào)整時(shí)重心的偏移會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)，加大了跨越障礙時(shí)的控制難度，軟件算法復(fù)雜。采用電磁傳感器沿高壓輸電線路的相線進(jìn)行導(dǎo)航的方法，可以避免強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾，具有小巧、質(zhì)量輕、軟件算法簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉的特點(diǎn)，但為了滿足導(dǎo)航精度和靈敏度的要求，需要安裝傳感器的數(shù)目較多，對(duì)傳感器有較高的要求。實(shí)時(shí)確定巡檢機(jī)器人在作業(yè)環(huán)境中所處的位置，即機(jī)器人定位問題，對(duì)于準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)線路故障點(diǎn)的位置至關(guān)重要。解決定位問題，一種方案是采用里程計(jì)的相對(duì)定位技術(shù)，但累積誤差較大；另一種方案是在經(jīng)過的桿塔上貼上路標(biāo)。電磁導(dǎo)航應(yīng)電動(dòng)勢(shì)ε的大小與電流的變化率dI／dt、線圈的匝數(shù)N、線圈的截面積S與導(dǎo)線的夾角θ以及線圈與導(dǎo)線的距離r難得到理想結(jié)果。為此，可以采用“相對(duì)值檢測(cè)”思路，即設(shè)計(jì)一組傳感器探頭，使其／dt、N、S、θ均相等，則ε僅與r有關(guān)。也就是說(shuō)，在這組傳感器探頭中，ε值最大的傳感器探頭距離高壓輸電導(dǎo)線最近。用這種相對(duì)值檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)合理的傳感器探頭陣列組，即可以確定高壓輸電導(dǎo)線的位姿狀態(tài)。視覺導(dǎo)航巡線機(jī)器人需要跨越的典型障礙有三種：①防振錘；②懸垂線夾和單串絕緣子；③耐張線夾、雙串絕緣子及引流跳線。這三種障礙具有不同的結(jié)構(gòu)組成和空間布局，巡線機(jī)器人在越障時(shí)需采用不同的越障策略。在巡線機(jī)器人沿相線爬行過程中，視覺導(dǎo)航系統(tǒng)首先要實(shí)時(shí)探測(cè)并識(shí)別障礙類型，估計(jì)障礙的位置信息，指導(dǎo)巡檢機(jī)器人趨近障礙。為完成上述任務(wù)，CCD攝像機(jī)安裝在巡線機(jī)器人本體前端，光軸與機(jī)器人前進(jìn)方向的夾角約為30°。在此配置下，背景是天空可以降低背景的復(fù)雜度，而防振錘端面、懸垂線夾支撐絕緣子、耐張線夾支撐絕緣子在攝像機(jī)成像平面上的投影呈直線、圓、橢圓等典型幾何圖形，便于障礙識(shí)別。所采集到的防振錘、懸垂線夾、耐張線夾和絕緣子串的圖像既無(wú)豐富的表面紋理，也無(wú)鮮明的顏色特征，難以分割成單獨(dú)的區(qū)域。針對(duì)障礙物的外觀、形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇相對(duì)簡(jiǎn)單的直線、圓（圓?。?、橢圓等幾何圖形基元作為障礙物存在的線索，結(jié)合輸電線路結(jié)構(gòu)對(duì)上述圖像基元位置的約束來(lái)識(shí)別不同類型的障礙物。三類障礙物之間存在較大差異，因此把三類障礙物的識(shí)別問題簡(jiǎn)化為防振錘、懸垂線夾、耐張線夾及絕緣子串從背景中分辨出來(lái)的分類問題，從而簡(jiǎn)化分類器的設(shè)計(jì)。障礙識(shí)別的基本步驟是：從邊緣圖像中快速可靠地抽取直線、圓（圓?。┖蜋E圓等圖形基元；根據(jù)幾何基元特征檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合線路結(jié)構(gòu)信息，判斷障礙物的類型及位置。電池及充電太陽(yáng)能供電圖5－46太陽(yáng)能供電系統(tǒng)圖5－46是太陽(yáng)能供電系統(tǒng)。由于太陽(yáng)能電池的輸出易受光強(qiáng)、外界環(huán)境溫度、季節(jié)等因素的影響，所以為了獲得穩(wěn)定的電源輸出，必須與二次電池構(gòu)成組合電源系統(tǒng)。太陽(yáng)能供電的優(yōu)點(diǎn)是成本低、易實(shí)現(xiàn)，但是缺點(diǎn)也很明顯：①不能在長(zhǎng)時(shí)間陽(yáng)光不足的地區(qū)使用，這限制了其應(yīng)用的廣泛性；②由于野外工作，太陽(yáng)能電池板上長(zhǎng)期積累的灰塵不易清洗，會(huì)削弱輸入的太陽(yáng)光強(qiáng)度，缺乏長(zhǎng)期免維護(hù)能力；③太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率較低，因此該方法提供的能量相當(dāng)有限，不易應(yīng)用于功耗較大的系統(tǒng)。激光供能圖5－47是激光供能系統(tǒng)。該方法采用激光或其他光源從低電位側(cè)通過光纖將光能傳送到高電位側(cè)，再由光電轉(zhuǎn)換器件將光能轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)過DC／DC變換后提供穩(wěn)定的電源輸出。這種方式的突出優(yōu)點(diǎn)是激光二極管里面實(shí)際都有一個(gè)光探測(cè)器，根據(jù)光探測(cè)器給出的光電流反饋控制激光器的電流，保證了自動(dòng)功率控制，從而能使其恒功工作，所以輸出光源功率比較穩(wěn)定，通過光電池轉(zhuǎn)換電能得到的電源紋波小、噪聲低，而且也不易受到外界雜散光源和電路負(fù)載變化的影響。但是，大功率激光發(fā)生器的激光二極管的工作壽命有限，如果長(zhǎng)時(shí)間工作在驅(qū)動(dòng)電流比較大的狀態(tài)，激光二極管容易發(fā)生退化現(xiàn)象，導(dǎo)致工作壽命迅速降低。電容取電圖5－48是電容取電系統(tǒng)。在高壓母線與地之間連接高壓電容分壓器，從高壓母線上取得能量經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓后，向高壓側(cè)電路供電。實(shí)際中，高壓電容分壓器采用集中式電容分壓器。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，利用電容式電壓互感器，既能為后端的光電電流互感器提供高壓側(cè)供電電源，又可應(yīng)用光纖技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的電壓、電流、功率等的測(cè)量。但該方案供電依賴于母線電流大小，存在死區(qū)，對(duì)電容分壓器的工藝要求較高，而且需要直接接入高壓母線，降低了系統(tǒng)的可靠性。圖5－47激光供能系統(tǒng)圖5－48電容取電系統(tǒng)感應(yīng)取電輸電線路感應(yīng)取電系統(tǒng)是一種將架空輸電線路周圍的磁能轉(zhuǎn)換為電能，并對(duì)蓄電池進(jìn)行充電或直接為外接負(fù)載供電的感應(yīng)取電裝置。感應(yīng)取電裝置的實(shí)施方案如圖5－49所示，高壓輸電線路周圍產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)經(jīng)過鐵芯，在感應(yīng)線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再經(jīng)過整流橋，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，實(shí)現(xiàn)給蓄電池充電。監(jiān)控電路監(jiān)測(cè)蓄電池的電流、電壓、溫度等參數(shù)，同時(shí)控制充電的啟停。圖5－49感應(yīng)取電裝置的實(shí)施方案圖5－50為供移動(dòng)機(jī)器人用的取電裝置及電源系統(tǒng)的單元模塊結(jié)構(gòu)。除感應(yīng)線圈和蓄電池外，取電裝置包括變換器、AC／DC變換單元、電源管理單元，以及使變換器實(shí)現(xiàn)開合運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其中，變換器將導(dǎo)線周圍的磁能轉(zhuǎn)換為交變電能；AC／DC變換單元將交變電轉(zhuǎn)換為所需的直流電，包括AC／DC、脈沖保護(hù)和恒流充電電路等；電源管理實(shí)現(xiàn)對(duì)取電和充電的監(jiān)控，以及對(duì)電池的管理。圖5－50中的SW是繼電器開關(guān)，它由電源管理單元所控制。為了適應(yīng)移動(dòng)機(jī)器人跨越障礙物，變換器鐵芯是可以開合的。圖5－50取電裝置及電源系統(tǒng)的單元模塊結(jié)構(gòu)其他取電方式近年來(lái)，一些新的供能手段在某些領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用，從而提供了將其應(yīng)用于輸電線路狀態(tài)參數(shù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可能。超聲波供能的原理就是利用地面上的超聲波振蕩器驅(qū)動(dòng)一個(gè)與玻璃纖維棒相連的石英傳感器。纖維棒的另一端延伸到需要供能的電子線路部分，用一個(gè)相同的石英傳感器將超聲波轉(zhuǎn)換為電能。國(guó)外研究人員主要將其應(yīng)用到微操作機(jī)器人領(lǐng)域，已經(jīng)取得了一些成功的經(jīng)驗(yàn)。但是應(yīng)用這種方法存在超聲波設(shè)備的造價(jià)及轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率問題，所以這種方法還沒有達(dá)到真正實(shí)用化的程度，仍然需要進(jìn)一步的研究。微波輸能是一種無(wú)線輸能的方式。其研究最早可以追溯到20世紀(jì)50年代。美國(guó)空軍于1964年成功研制S波段微波功率驅(qū)動(dòng)的直升飛機(jī)。該飛機(jī)通過安裝在機(jī)身上的整流天線直接從微波波束中提取高頻能量，可以獲得200W的功率。由于微波在空氣中傳輸損耗極小，且無(wú)線供能的方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、方便，因此微波輸能的發(fā)展得到了重視，其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)取得了很多有價(jià)值的成果，在其他領(lǐng)域包括電力系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)也具有很大發(fā)展前景。檢測(cè)與故障診斷可見光檢測(cè)視覺檢查是應(yīng)用最為廣泛的線路檢查方法，采用高分辨率CCD攝像機(jī)攝取目標(biāo)圖像，實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛婊净虼鎯?chǔ)下來(lái)，由基站操作人員根據(jù)圖像中導(dǎo)線、絕緣子等設(shè)施的外觀確定是否損壞或利用計(jì)算機(jī)圖像處理和人工復(fù)查相結(jié)合的方法判斷線路是否故障。實(shí)現(xiàn)這一過程的難點(diǎn)在于巡檢機(jī)器人如何自主控制攜帶的攝像設(shè)備，捕捉特定興趣目標(biāo)，獲取多視角、高清晰度目標(biāo)圖像?？梢姽鈾z測(cè)圖像如圖5－51所示。圖5－51可見光檢測(cè)圖像紅外檢測(cè)對(duì)于一些早期故障，如壓接點(diǎn)松動(dòng)、導(dǎo)線斷股等難以通過視覺檢查發(fā)現(xiàn)，紅外檢測(cè)技術(shù)可以解決這些問題。當(dāng)出現(xiàn)導(dǎo)線斷股、絕緣子破損、壓接管連接不良等機(jī)械故障時(shí)，故障點(diǎn)附近就會(huì)出現(xiàn)局部溫升，改變熱輻射分布，紅外傳感器可以攝取表面溫度超過周圍環(huán)境溫度的異常溫升點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)線路上早期的故障點(diǎn)。紅外檢測(cè)圖像如圖5－52所示。實(shí)時(shí)確定巡檢機(jī)器人在作業(yè)環(huán)境中所處的位置及故障點(diǎn)的位置，是巡檢過程的又一重要任務(wù)。準(zhǔn)確標(biāo)識(shí)線路故障點(diǎn)的位置對(duì)設(shè)備的修建、維護(hù)至關(guān)重要，可以采用里程計(jì)進(jìn)行定位，也可以借助于GPS進(jìn)行定位。圖5－52紅外檢測(cè)圖像電磁檢測(cè)電渦流檢測(cè)方法。電渦流檢測(cè)的基本原理是：利用通過交變電流的線圈產(chǎn)生交檢測(cè)方法。同時(shí)，由于渦流是電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，在檢測(cè)時(shí)，不必要求線圈與試件緊密接缺陷的檢測(cè)有很高的速度和效率。鋼芯，當(dāng)輸電線通過這一磁化磁場(chǎng)時(shí)，一旦鋼芯中存在缺陷，就會(huì)在鋼芯表面產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，采用磁敏感元件檢測(cè)這些磁場(chǎng)的畸變即可獲得有關(guān)輸電線鋼芯缺陷的信息。電磁輻射檢測(cè)方法。電磁輻射檢測(cè)方法通過天線接收交流架空線釋放的電磁輻表現(xiàn)為該曲線上的干擾，從干擾的位置和振幅可以確定缺陷的類型和性質(zhì)。絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)懸垂絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖5－53為一種適合于懸垂絕緣子串檢測(cè)的機(jī)器人系統(tǒng)，該機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)由套設(shè)在環(huán)形支架上的三列并行爬行模塊組成，也可以根據(jù)需要選擇兩組重構(gòu)模塊套設(shè)在環(huán)形支架上組成新的機(jī)構(gòu)。環(huán)形支架為兩節(jié)或兩節(jié)以上拼接對(duì)扣連接，爬行模塊為一組同步帶導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)。每列（如圖5－54所示）爬行模塊包括導(dǎo)向柱、兩組卡爪模塊（A、B組）、同步帶、同步帶輪、主托電動(dòng)機(jī)以及固定于支架上端兩側(cè)的兩個(gè)到頭傳感器（L、R）。其中，A、B組卡爪模塊分別由卡爪、卡爪轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、瓶沿傳感器、卡爪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器以及導(dǎo)軌滑塊構(gòu)成。兩組卡爪模塊分別套設(shè)在兩根平行的導(dǎo)向柱上，通過同步帶和兩端的同步帶輪將兩個(gè)模塊按照一定初始位置連接起來(lái)，這樣就構(gòu)成了一組爬行模塊。三個(gè)在環(huán)形支架圓周上均勻分布的爬行模塊就構(gòu)成了整個(gè)機(jī)器人的機(jī)械系統(tǒng)。圖5－53環(huán)形三列并行爬行機(jī)構(gòu)示意圖圖5－54單列模塊結(jié)構(gòu)示意圖機(jī)器人機(jī)構(gòu)包括9個(gè)電動(dòng)機(jī)、18個(gè)傳感器，在每列爬行模塊中，電動(dòng)機(jī)包括一個(gè)主托電動(dòng)機(jī)和兩個(gè)卡爪轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，傳感器包括兩個(gè)到頭傳感器、兩個(gè)瓶沿傳感器和兩個(gè)卡爪轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器。同時(shí)在上端同步帶輪上安裝主托電動(dòng)機(jī)，在卡爪擺動(dòng)機(jī)構(gòu)中安裝電動(dòng)機(jī)，在每個(gè)擺動(dòng)電動(dòng)機(jī)上安裝轉(zhuǎn)角位置傳感器，在導(dǎo)向柱的上端兩側(cè)安裝限位開關(guān)，檢測(cè)探頭設(shè)在環(huán)形支架或爬行機(jī)構(gòu)上，控制電動(dòng)路輸出接爬行機(jī)構(gòu)的直流電動(dòng)機(jī)，輸入接傳感器的輸出端，控制電路控制爬行機(jī)構(gòu)、探頭實(shí)現(xiàn)檢測(cè)動(dòng)作，并接收探頭的輸出信號(hào)。圖5－55機(jī)器人移動(dòng)行走規(guī)劃圖該機(jī)器人在進(jìn)行絕緣子串檢測(cè)時(shí)，其移動(dòng)機(jī)構(gòu)要附著在絕緣子串表面進(jìn)行移動(dòng)行走，同時(shí)利用自身攜帶的檢測(cè)傳感器探頭進(jìn)行絕緣檢測(cè)。下面以機(jī)器人移動(dòng)機(jī)構(gòu)在6個(gè)雙沿絕緣子組成的垂直串上移動(dòng)行走時(shí)的步法為例來(lái)說(shuō)明機(jī)器人移動(dòng)行走方法，如圖5－55所示。假設(shè)初始狀態(tài)為A、B組卡爪分別位于絕緣子串下端1、2號(hào)絕緣子上，并處于持重狀態(tài)。單步向上行走規(guī)劃如下：主托電動(dòng)機(jī)沿順時(shí)針實(shí)現(xiàn)微小轉(zhuǎn)動(dòng)，使B組卡爪繼續(xù)持重，而A帶向上實(shí)現(xiàn)微小位移，主托電動(dòng)機(jī)隨即停止轉(zhuǎn)動(dòng)，接著A組卡爪在轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下擺出，受轉(zhuǎn)角傳感器限制擺至90°處停止轉(zhuǎn)動(dòng)。主托電動(dòng)機(jī)沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使A組卡爪上升，當(dāng)卡爪經(jīng)過兩個(gè)絕緣子上升至第個(gè)瓶沿時(shí)，卡爪模塊的瓶沿計(jì)數(shù)傳感器計(jì)數(shù)為4，這時(shí)主托電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。A組卡爪擺入，當(dāng)擺至90°順時(shí)針微小轉(zhuǎn)動(dòng)，使得A組卡爪持重；接著B組卡爪重復(fù)以上A組卡爪單步向上行走動(dòng)作。通過A、B到頭傳感器觸發(fā)時(shí)，需要進(jìn)行到頭步態(tài)調(diào)整。此處以B組卡爪模塊位于6號(hào)瓶沿時(shí)，由A組卡爪模塊觸發(fā)到頭為例，說(shuō)明步態(tài)調(diào)整方法如下：A組卡爪模塊觸發(fā)到頭時(shí)，主托電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)（逆時(shí)針），使得A沿停止。主托電動(dòng)機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使得B為2時(shí)主托電動(dòng)機(jī)停止，卡爪擺入，接著主托電動(dòng)機(jī)反向微動(dòng)使得卡爪持重。接下來(lái)兩組卡爪交替重復(fù)單步行走實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿絕緣子串下行。當(dāng)再次碰到到頭傳感器時(shí)，機(jī)器人可以通過到頭調(diào)整自動(dòng)停止在初始位置。至此，絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人完成了整個(gè)往復(fù)行走動(dòng)作。初始狀態(tài)為A、B組卡爪模塊都位于最下端絕緣子的上瓶沿并處于持重狀態(tài)。主托電動(dòng)機(jī)動(dòng)作分為點(diǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、反向三種，點(diǎn)動(dòng)是指主托電動(dòng)機(jī)短時(shí)間的微小轉(zhuǎn)動(dòng)，使卡爪脫離或轉(zhuǎn)入持重狀態(tài)。假設(shè)絕緣子串包含偶數(shù)個(gè)絕緣子，而對(duì)于奇數(shù)個(gè)絕緣子組成的串，在初始條件相同情況下，僅上下到頭調(diào)整動(dòng)作中A、B組卡爪模塊不同。劃部分和后臺(tái)輸入輸出部分。前臺(tái)的程序由步法規(guī)則庫(kù)和步法動(dòng)作序列組成，如：A組卡爪擺入、擺出，B組卡爪擺入、擺出，主托電動(dòng)機(jī)反向，主托電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)，主托電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)序列的輸出。整個(gè)機(jī)器人步法動(dòng)作過程均根據(jù)后臺(tái)傳感器（頭傳感器）步法動(dòng)作序列，最后到后臺(tái)輸入輸出部分執(zhí)行，將電動(dòng)機(jī)動(dòng)作序列分配給各個(gè)不同電動(dòng)機(jī)。具體構(gòu)成如圖5－56所示。水平絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖5－57為一種可進(jìn)行水平絕緣子串檢測(cè)的機(jī)器人，該類機(jī)器人機(jī)械部分主要包括驅(qū)動(dòng)部分、橋接組件、支撐組件三部分。驅(qū)動(dòng)部分能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)在絕緣子上的攀爬和自主定位，能夠克服重力和摩擦等外力的影響，實(shí)現(xiàn)在絕緣子設(shè)備上自主移動(dòng)，精確定位及位置鎖定，能夠自動(dòng)檢測(cè)極限位置及防脫落；橋接組件承載電源、檢測(cè)組件、驅(qū)動(dòng)控制電路、視頻傳輸電路等，通過絕緣子檢測(cè)儀在線路帶電或停電的情況下，定量測(cè)量出每片絕緣子的絕緣電阻及分布電壓，辨別臨界損壞的絕緣子，并通過無(wú)線通信技術(shù)監(jiān)控前端絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)行情況，將檢測(cè)機(jī)器人返回的數(shù)據(jù)解碼并實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)顯示。圖5－56懸垂絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人步法控制流程邏輯圖5－57水平絕緣子串檢測(cè)機(jī)器人機(jī)械機(jī)構(gòu)示意圖1、6—電動(dòng)機(jī)；2、7—驅(qū)動(dòng)臂；3—角度傳感器；4—電動(dòng)機(jī)軸；5—傳動(dòng)齒輪組；8—位置傳感器絕緣子檢測(cè)方法電阻測(cè)量方法高壓輸電線路絕緣子絕緣電阻值的大小直接關(guān)系線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。絕緣子一旦出現(xiàn)零值或臟污，就必須進(jìn)行清洗或更換，否則會(huì)造成閃絡(luò)跳閘事故。絕緣子定性檢測(cè)方法不能準(zhǔn)確測(cè)出每片絕緣子的絕緣狀況，起不到預(yù)防檢測(cè)的作用。電阻測(cè)量法絕緣子檢測(cè)技術(shù)能夠帶電定量地準(zhǔn)確測(cè)量出每一片絕緣子的電阻值，能準(zhǔn)確區(qū)分已經(jīng)漏電但尚未擊穿處于臨界損壞的絕緣子。電阻測(cè)量法檢測(cè)絕緣子是對(duì)被測(cè)絕緣子施加直流高電壓，采集流經(jīng)被測(cè)絕緣子的泄漏電流，根據(jù)施加的直流高電壓和采集到的泄漏電流，結(jié)合伏安法計(jì)算出被測(cè)絕緣子的絕緣電阻。電阻測(cè)量原理如圖5－58所示。圖5－58電阻測(cè)量原理圖電阻測(cè)量裝置主要由中央處理單元、電源管理單元及檢測(cè)探針組成。電源管理單元包括輸出電源、升壓電路和旁路電容。在中央處理單元的觸發(fā)下，輸出電源提