【正文】 五、 預(yù)期目標(biāo)和成果形式 項目成果為： 1. 輸電線路智能機(jī)器人 系統(tǒng)一套； 2. 客戶端配套軟件一套， windows 運行環(huán)境； 六、 合作單位或依托工程單位落實情況 無 七、 項目承擔(dān)單位的條件 項目承擔(dān)單位介紹 作為導(dǎo)線覆冰在 線監(jiān)測項目協(xié)作的西安思明電力科技有限公司成立于 2020 年 9 月 16日，注冊資本 501 萬元人民幣，公司的主營業(yè)務(wù)領(lǐng)域為：架空高壓輸電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)。 2. 機(jī)器人承載平臺 機(jī)器人承載平臺為 八變形 的合成材料平臺，機(jī)器人降落到上面后，將充電探頭與平臺上的磁性插座緊密接觸，由充電電路完成充電。如下圖所示，我省所處的區(qū)域太陽能資源均勻，區(qū)域差異較小。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下： 太陽能與風(fēng)能在時間上和地域上都有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。 塔上智能充電塢 塔上智能充電塢由風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)、機(jī)器人承載平臺和導(dǎo)航模塊組成。但由于高壓輸電線路無斷點 ， 同時 ， 機(jī)器人在行進(jìn)過程中需懸垂子、平衡錘等障礙。在如此大的變化范圍之內(nèi) ， 為保證能為機(jī)器人連續(xù)供電 ， 取電裝置必須在較小的電流時便能取得較高的能量 ， 并且隨著電流不斷增加而增大。但是 ， 高壓輸電線路分布在野外 ， 跨越山川湖泊 ， 巡線機(jī)器人作業(yè)時 ， 能量消耗大 ， 而現(xiàn)場沒有可供充電的電源 ， 并且在巡線 過程中頻繁的更換蓄電池會造成諸多不便 ， 該因素會極大的限制巡線機(jī)器人的廣泛應(yīng)用。 ? 紅外成像儀和可見光攝像儀，用于對線路的檢測。它主要由以下 3 個部分組成： ? 電機(jī)伺服控制單元。由于巡線機(jī)器人在高空作業(yè)，會受到刮風(fēng)及弓子線（跳線）部分導(dǎo)線不規(guī)則形狀的影響，并且環(huán)境中障礙物的形狀各異，尺寸較小，因此使用了超聲傳感器、激光測距儀、 CCD 等多種傳感器，并采用多傳感器的信息融合技術(shù)，成功地解決了機(jī)器人的避障問題。 巡線機(jī)器人控制系統(tǒng)的由兩大部分組成：地面遙控 /數(shù)據(jù)接收移動基站和本體控制單元，其中機(jī)器人本體控制單元采用由規(guī)劃層和執(zhí)行層組成的兩層分布式計算機(jī)控制結(jié)構(gòu)。當(dāng)然在圖 b 圖 c中，飛行器在產(chǎn)生俯仰、翻滾運動的同時也會產(chǎn)生沿 x、 y 軸的水平運動。 （ 5）前后運動：要想實現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左 右的運動，必須在水平面內(nèi)對飛行器施加一定的力。 （ 4）偏航運動：四旋翼飛行器偏航運動可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來實現(xiàn)。 （ 2）俯仰運動：在圖（ b）中，電機(jī) 1 的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī) 3 的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī) 電機(jī) 4 的轉(zhuǎn)速保持不變。 （ 1）垂直運動：垂直運動相對來說比較容易。與傳統(tǒng)的直升機(jī)相比，四旋翼飛行器有下列優(yōu)勢：各個旋翼對機(jī)身所施加的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當(dāng)電機(jī) 1 和電機(jī) 3 逆時針旋轉(zhuǎn)的同時，電機(jī) 2 和電機(jī) 4 順時針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對機(jī)身的反扭矩。由于飛行器是通過改變旋翼轉(zhuǎn)速實現(xiàn)升力變化，這樣會導(dǎo)致其動力部穩(wěn)定，所以需要一種能夠長期保穩(wěn)定的控制方法。 實現(xiàn)技術(shù)如下： 巡線 機(jī)器人在兩側(cè) 各 裝備 2 個可收放的旋翼，如下圖所示： 旋 翼 旋 翼導(dǎo) 線制 動 機(jī) 構(gòu)滾 輪滾 輪 張開后即形成一個四旋翼無人機(jī) ，可完成起降、跨越障礙等功能。②在邊緣圖像中運用霍夫變換等方法分別檢測直線、圓和角點等圖形基元，并利用導(dǎo)線與障礙的位置關(guān)系以及障礙本身的特點來進(jìn)行結(jié)構(gòu)約束，識別出障礙物。該系統(tǒng)由攝像機(jī)、采集卡、嵌入式計算機(jī)等組成。 相對于國內(nèi)外一般采用臂及臂以上機(jī)器人技術(shù)而言 , 該機(jī)器人機(jī)構(gòu)有如下特點機(jī)構(gòu)的自由度少 , 機(jī)構(gòu)長度尺寸小 , 加以采用嵌人式機(jī)械結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)度的鋁合金材料 , 機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊 , 重量輕。主動滾輪完成沿直線無障礙物段的行駛。從機(jī)構(gòu)運動學(xué)角度 , 要求機(jī)構(gòu)能實現(xiàn)滾動、蠕動、跨越和避讓障礙物 , 以及末端執(zhí)行器具有空間位姿調(diào)整運動從運動控制角度 , 要求機(jī)構(gòu)的自由度少、機(jī)構(gòu)運動學(xué)逆解可實現(xiàn)解藕控制 , 且運動控制的精度高從巡線機(jī)器人系統(tǒng)角度 , 要求機(jī)構(gòu)具有一定的負(fù)載能力 , 且 與導(dǎo)線構(gòu)成等電位體從應(yīng)用角度 ,要求機(jī)構(gòu)具有小巧緊湊、輕質(zhì)的機(jī)械結(jié)構(gòu) , 且容易上下線作業(yè)和便于攜帶等。具體為：殼體、線路板、傳感器、軟件的設(shè)計開發(fā)，自主完成，零部件采用外購，機(jī)械部分外協(xié)加工，外圍配件直接購買的方式。 4) 智能控制系統(tǒng) 完成機(jī)器人系統(tǒng)的控制功能。巡檢機(jī)器人包括系統(tǒng)電源、機(jī)器人本體、控制器、攝像機(jī)、 導(dǎo)航 系統(tǒng) 、 圖像及數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)（機(jī)載部分）， 塔上智能充電塢包括風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)、機(jī)器人承載平臺和導(dǎo)航模塊， 地面 控制系統(tǒng) 包括監(jiān)控系統(tǒng)、圖像及數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)（基站部分）及監(jiān)視器。 4) 智能控制系統(tǒng) 完成機(jī)器人系統(tǒng)的控制功能。巡檢機(jī)器人包括系統(tǒng)電源、機(jī)器人本體、控制器、攝像機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)、圖像及數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)（機(jī)載部分），塔上智能充電塢包括風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)、機(jī)器人承載平臺和導(dǎo)航模塊，地面控制系統(tǒng)包括監(jiān)控系統(tǒng)、圖像及數(shù)據(jù)無線傳輸系統(tǒng)（基站部分）及監(jiān)視器。 ( 3) 從實用的角度要求機(jī)構(gòu)小巧、緊湊、輕質(zhì) , 便于攜帶及上下線操作 。 巡線機(jī)器人是一個復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng) , 涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)、自動控制、通信、多傳感器信息融合、電源技術(shù)等多個領(lǐng)域。 圖 4 自動爬行機(jī)器人 從高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的研究現(xiàn)狀來看，輪式行走機(jī)構(gòu)倍受研究人員的青睞，但在爬坡能力、運行的速度及運行的穩(wěn)定性等方面還有待于進(jìn)一步完善。 國內(nèi)在巡檢機(jī)器人的研究方面主要有武漢大學(xué)、沈陽自 動化研究所、中科院自動化研究所和山東科技大學(xué)等單位。它靠上方三個輪子實現(xiàn)驅(qū)動行走，下方輪子起到輔助行走及剎車的作用。輪式爬行行走機(jī)構(gòu)具有移動平穩(wěn)、速度快和效率高的特點，因此，目前巡檢機(jī)器人多采用此種輪式行走機(jī)構(gòu)。 二、 國內(nèi)外研究水平綜述 國外對高壓輸電線路巡 檢機(jī)器人的研究始于上世紀(jì) 80 年代，由日本、美國、加拿大等發(fā)達(dá)國家先后展開了對高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的研究。所以，必須對輸電線路進(jìn)行定期巡視檢查，隨時掌握和了解輸電線路的運行情況，線路周圍環(huán)境和線路保護(hù)區(qū)的變化情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除隱患，預(yù)防事故的發(fā)生，確保供電安全。由于輸電線路分布點多面廣，所處地形復(fù)雜，自然環(huán)境惡劣，電力線及桿塔附件長期暴露在野外，因受到持續(xù)的機(jī)械張力、電氣閃絡(luò)、材料老化的影響而產(chǎn)生斷股、磨損、腐蝕等損傷，必須及時修復(fù)或更換。本方案提出一種以輕量級機(jī)器人底盤技術(shù)為基礎(chǔ)，通過添加模塊化功能單元進(jìn)行功能 /性能擴(kuò)充的機(jī)器人設(shè)計思路，不僅可實現(xiàn)目前輸電線路 巡線 、除冰的需求，而且系統(tǒng)具備極強(qiáng)的可升級性， 適應(yīng)智能電網(wǎng)未來新需求。輪式行走機(jī)構(gòu)依靠由電機(jī)驅(qū)動的行走輪與線路之間的摩擦，驅(qū)動機(jī)器人前進(jìn)。加拿大魁北克水電研究院研制的 HQLine— Rover 遙控小車如圖 2 所示。該機(jī)器人有多個小車組合連接而成，每個小車自身攜帶驅(qū)動輪，通過各個小車協(xié)調(diào)驅(qū)動來實現(xiàn)機(jī)器人的在線移動。亦采用了輪式行走機(jī)構(gòu)。 同時對機(jī)器人本身的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控 , 決定是否對機(jī)器人的運動給予干預(yù)。 ( 2) 從機(jī)器人系統(tǒng)的角度要求機(jī)構(gòu)要有一定的負(fù)載能力 , 便于安裝各種監(jiān)測儀器、信息傳輸設(shè)備 , 并與導(dǎo)線形成等電勢體。 巡線機(jī)器人系統(tǒng)由巡檢機(jī)器人、塔上智能充電塢和地面控制系統(tǒng)組成。 3) 垂直起降 /越障機(jī)構(gòu) 采用創(chuàng)新的四旋翼機(jī)構(gòu)，解決了機(jī)器人上線、越障及自動 /人工控制充電等功能。 四、 項目研究內(nèi)容和實施方案 1. 項目研