【正文】 過(guò)程中需要 從地面 可靠地 固定到輸電線路上， 并且能夠在運(yùn)行過(guò)程中跨越遇到的防震錘、耐張線夾、懸垂線夾等各種障礙。 防震錘、懸垂線夾、耐張線夾等障礙既無(wú)豐富的表面紋理 ,也無(wú)鮮明的顏色特征，且相互鉸接，因而難以分割成單獨(dú)的區(qū)域。 導(dǎo)航系統(tǒng) 下圖 1 是 220 kV 單分裂輸電線路的結(jié)構(gòu)示意圖，該圖顯示了巡線機(jī)器人遇到的典型障礙有防震錘、懸垂線夾、耐張線夾等。關(guān)節(jié) 4 和關(guān)節(jié) 5 分別實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂 （ 小臂機(jī)構(gòu)和大臂機(jī)構(gòu) ）在導(dǎo)線平面內(nèi)的升降和旋轉(zhuǎn)。 根據(jù)輸電線路的結(jié)構(gòu)特征 , 以及巡線作業(yè)的任務(wù)要求 , 通過(guò)多種可行方案的對(duì)比分析和對(duì)機(jī)構(gòu)的巧妙組合 , 以及樣機(jī)原型的反復(fù)試驗(yàn)和改進(jìn) , 提出了由 2 小臂操作手機(jī)構(gòu)、 1個(gè)公共的變長(zhǎng)大臂機(jī)構(gòu)、 2 個(gè)小臂與變長(zhǎng)大臂間各分別有 1 個(gè)繞鉛垂軸和水平軸旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)組成的雙臂協(xié)調(diào)移動(dòng)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)模型。公司下 設(shè)質(zhì)量檢驗(yàn)部對(duì)外協(xié)零件嚴(yán)格把關(guān)驗(yàn)收，再由裝配部進(jìn)行調(diào)試安裝。 5) 機(jī)器人供電系統(tǒng) 負(fù)責(zé)為巡線機(jī)器人供電，采用 2 種創(chuàng)新技術(shù)解決 。 實(shí)現(xiàn)上述功能的巡線機(jī)器人 需要解決的關(guān)鍵技術(shù)有： 1) 線上行走 /攀爬機(jī)構(gòu) 完成機(jī)器人沿輸電線路行走 /攀爬的功能，并能跨越防震錘等較小障礙物 。 5) 機(jī)器人供電系統(tǒng) 負(fù)責(zé)為巡線機(jī)器人供電，采用 2 種創(chuàng)新技術(shù)解決。 實(shí)現(xiàn)上述功能的巡線機(jī)器人需要解決的關(guān)鍵技術(shù)有： 1) 線上行走 /攀爬機(jī)構(gòu) 完成機(jī)器人沿輸電線路行走 /攀爬的功能，并能跨越防震錘等較小障礙物。 在故障情況下 , 防止機(jī)器人摔落。但機(jī)械機(jī)構(gòu)是整個(gè)系 統(tǒng)的核心技術(shù) , 是目前制約巡線機(jī)器人走向?qū)嵱没恼系K之一。 三、 項(xiàng)目的理論和實(shí)踐依據(jù) 1. 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容的原理簡(jiǎn)述 機(jī)器人完成一次巡檢任務(wù)的工作過(guò)程為 ： 首先通過(guò)絕緣斗臂車或人工爬到線塔上吊裝的方式將機(jī)器人安裝到相線上 ； 然后地面監(jiān)控計(jì)算機(jī) 發(fā)出開(kāi)機(jī)控制命令 , 機(jī)器人本體計(jì)算機(jī)在接收到運(yùn)行命令后 ， 驅(qū)動(dòng)機(jī)器人沿輸電線行走 。如武漢大學(xué)研制的架空高壓輸電線路自動(dòng)爬行機(jī)器人如圖 4所示。該機(jī)器人靠輪式行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了在直線線路段的穩(wěn)定行走。如：日本東京電力公司研制的光纖復(fù)合架空地線巡檢機(jī)器人如圖 l 所 示。從國(guó)內(nèi)外巡檢機(jī)器人的發(fā)展來(lái)看 ， 用于巡檢機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)主要有步進(jìn)式行走機(jī)構(gòu)和輪式行走機(jī)構(gòu)。傳統(tǒng)的人工巡檢方法不僅 工作量大而且條件艱苦，特別是對(duì)山區(qū)和跨越大江大河的輸電線路的巡檢，存在很大的困難，甚至有一些巡檢項(xiàng)目靠常規(guī)方法難以完成，因此，利用機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)巡線成為保障線路安全運(yùn)行的一種必要手段。 輸輸 電電 線線 路路 智智 能能 巡巡 線線 機(jī)機(jī) 器器 人人 華華 北北 電電 網(wǎng)網(wǎng) 有有 限限 公公 司司 科科 技技 項(xiàng)項(xiàng) 目目 可可 行行 性性 研研 究究 報(bào)報(bào) 告告 二二 〇〇 一一 二二 年年 十十 月月 一、 目的和意義 電能傳輸必須依靠高壓輸電線路。 國(guó)內(nèi)外目前見(jiàn)諸報(bào)道的輸電線路機(jī)器人，都是功能單一型機(jī)器人，要么只能 巡線 ，要么只能除冰。步進(jìn)式行走機(jī)構(gòu)通過(guò)多只手臂的交替移動(dòng)完成在線爬行，行走移動(dòng)為間斷式，其移動(dòng)速度緩慢，效率低。它采用兩輪同時(shí)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在線行走，這種機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊，驅(qū)動(dòng)力矩大的特點(diǎn)。日本 Hideo Nakamura 等人開(kāi)發(fā)的蛇形巡檢機(jī)器人如圖 3所示。該機(jī)器人通過(guò)一對(duì)傘形輪來(lái)現(xiàn)行走。 行走過(guò)程中 , 檢測(cè)裝置不斷檢測(cè)前方障礙物的情況 , 同時(shí)高速球攝像機(jī)對(duì)線路進(jìn)行拍攝 , 拍到的圖像通過(guò)無(wú)線設(shè)備實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛婀ぷ骰?, 地面工作基站對(duì)線路情況進(jìn)行判斷 , 決定是否對(duì)線路實(shí)施維護(hù) 。巡線機(jī)器人對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求有 : ( 1) 從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)角度要求機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)、蠕動(dòng)、跨越和避讓輸電線路上的各種障礙物 , 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。( 4) 從運(yùn)動(dòng)控制的角度要求機(jī)構(gòu)的自由度盡量少 , 能實(shí)現(xiàn)解耦控 制 , 并且具有符合要求的控制精度。 2) 導(dǎo)航系統(tǒng) 采用圖像和無(wú)線通訊相結(jié)合的方式完成導(dǎo)航，完成機(jī)器人上線、越障及自動(dòng) /人工控制充電等功能。 6) 塔上智能充電塢 借鑒軍事上應(yīng)用成熟的加油機(jī)技術(shù)，獨(dú)創(chuàng)塔上充電塢，完成機(jī)器人充電，避免人工更換電池。 2) 導(dǎo)航系統(tǒng) 采用圖像和無(wú)線通訊相結(jié)合的方式完成導(dǎo)航， 完成機(jī)器人上線、越障及自動(dòng) /人工控制充電等功能 。 6) 塔上智能充電塢 借鑒軍事上應(yīng)用成熟的加油機(jī)技術(shù)，獨(dú)創(chuàng)塔上充電塢，完成機(jī)器人充電，避免人工更換電池。采用此方式可節(jié)約大量固定資產(chǎn)的投入。 如圖所示為巡線機(jī)器人機(jī)構(gòu)的原理簡(jiǎn)圖。在過(guò)障和路徑轉(zhuǎn)移時(shí) , 通過(guò)單臂夾爪夾緊導(dǎo)線 , 另一 臂通過(guò) 運(yùn)動(dòng)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)過(guò)障的各種分解動(dòng)作。巡線機(jī)器人采雙輪結(jié)構(gòu)在導(dǎo)線上行進(jìn)，當(dāng)遇到障礙時(shí)，通過(guò)輪子下方兩個(gè)夾爪依次夾緊導(dǎo)線，抬升機(jī)器人本體，以錯(cuò)臂的方式跨越障礙。但它們?cè)跀z像機(jī)成像平面上投影后會(huì)得到一些相對(duì)簡(jiǎn)單的圖形基元，如直線、圓 (圓弧 ) 、角點(diǎn)等，如果能同時(shí)結(jié)合輸電線路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì) 上述圖形基元進(jìn)行結(jié)構(gòu)約束，去除掉環(huán)境中一些干擾的圖形基元，就可判斷出障礙物的存在及其類型。目前在線路上實(shí)驗(yàn)運(yùn)行的巡檢機(jī)器人需人工安放到巡檢線路上，且跨越障礙能力不強(qiáng)。四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)形式如圖所示。但是四旋翼飛行器只有四個(gè)輸入力，同時(shí)卻有六個(gè)狀態(tài)輸出，所以它又是一 種欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?；具\(yùn)動(dòng)狀態(tài)分別是： （ 1）垂直運(yùn)動(dòng)；（ 2）俯仰運(yùn)動(dòng)；（ 3）滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；（ 4）偏航運(yùn)動(dòng)；（ 5）前后運(yùn)動(dòng)；（ 6）側(cè)向運(yùn)動(dòng)。 當(dāng)外界擾動(dòng)量為零時(shí)，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重時(shí)，飛行器便保持懸停狀態(tài)。由于旋翼 1 的升力上升，旋翼 3 的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機(jī)身繞 y 軸旋轉(zhuǎn)（方向如圖所示），同理，當(dāng)電機(jī) 1 的轉(zhuǎn)速下降 ，電機(jī) 3 的轉(zhuǎn)速上升，機(jī)身便繞 y 軸向另一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)飛行器的俯仰運(yùn)動(dòng)。反扭矩的大小與旋翼轉(zhuǎn)速有關(guān)，當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，四個(gè)旋 翼產(chǎn)生的反扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)四個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速不完全相同時(shí)，不平衡的反扭矩會(huì)引起四旋翼飛行器轉(zhuǎn)動(dòng)。按圖 b 的理論，飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使旋翼拉力產(chǎn)生水平分量，因此可以實(shí)現(xiàn)飛行器的前飛運(yùn)動(dòng)。 智能控制系統(tǒng) 自動(dòng)巡線機(jī)器人是一種運(yùn)行于高壓架空輸電線路上，具有一定智能的機(jī)器。巡線機(jī)器人沿輸電線路爬行，要跨越防震錘、耐張線夾、懸垂線夾等各種障礙。而無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊用于接收地面遙控指令， 并向地面發(fā)送機(jī)器人一系列的重要狀態(tài)信 息，以便于地面手動(dòng)干預(yù)，避免事故發(fā)生，優(yōu)先級(jí)高于自動(dòng)控制。 ? 開(kāi)關(guān)量單元。 機(jī)器人供電系統(tǒng) 巡線機(jī)器人攜帶檢測(cè)通信儀器沿全線路行駛作業(yè) ， 完成對(duì)線路運(yùn)行故障的檢測(cè)和對(duì)安全事故隱患的巡視 ， 并將所檢測(cè)的信息實(shí)時(shí)向地面?zhèn)魉?， 由地面進(jìn)行分析處理。為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)鐵芯和線圈從高壓線路上獲取電能，獲取的電能通過(guò)開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)流源，并通過(guò)充電使能電路向可充電電池組充電，同時(shí)，充電控制電路對(duì)電池電壓監(jiān)控以控制充電方式、是否充電、是否停機(jī)，并將信息傳送給巡線機(jī)器人主控 制系統(tǒng)。在目前使用的軟磁材料中 ， 由于硅鋼片具有較大的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度及疊片系數(shù) ， 能取得較大的功率 ， 故取其作為鐵芯材料。 2. 塔上智能充電塢充電 在此方式中，機(jī)器人根據(jù)電源管理策略或人工指示，降落到塔上智能充電塢獲取 其運(yùn)行所需 電源 ，詳