越障式高壓線纜檢測機器人的設計與研究

李昂+周其超+柯良

摘要： 越障高壓線纜檢測機器人，該機器人以PLC工控板作為控制元件，使用三只機械爪來抓緊線纜，運用了鏈傳動，齒輪傳動，導軌支架機構，伸縮機構等實現了機器人沿高壓線爬行檢測線纜是否損壞的功能，并能翻越線纜上支柱絕緣子等的障礙物。

關鍵詞：PLC ；線纜檢測；越障檢測機器人；高壓線

中圖分類號：TP29 文獻標識碼：A

0引言

高壓輸電線路的巡檢是一項勞動強度大、涉及面廣的作業任務。迄今為止，國內外主要依靠巡檢人員攜帶各種檢測設備沿線執行檢測任務，效率低、成本高、誤檢漏檢率大，因此，高壓線巡檢的自動化亟待解決。高壓線巡檢機器人屬于具有廣泛應用前景的特種機器人，旨在為高壓輸電線路的檢測提供一套機器人作業系統，代替檢測人員對線路進行檢測和維護，從而減輕巡檢作業的勞動強度，降低檢測成本，提高檢測質量和效率，改善檢測作業的安全性，從而提高線路的管理和維護水平。

當前國內外對巡檢機器人的研究尚未成熟，還有很多關鍵技術尚待解決，特別是國內的研究起步較晚，目前仍處于試驗研究階段，與實際應用還存在一定距離，且現有研究成果僅能完成雙塔間的線路巡檢，作業范圍有限。

1越障式高壓線纜檢測機器人的工作原理

越障式高壓線纜檢測機器人的外形結構如圖1所示，機器人外形為長方形，適合高壓線纜的工作條件，機身上三只機械爪能夠提高機器人工作效率和穩定性，能在較短時間內完成多個人員的巡視和監測，越障式高壓線纜檢測機器人的工作示意圖如圖2所示。

機器人內部配備有GPS定位模塊，機器人在工作中，檢測到線纜有損壞的地方，會自行標記。所做的標記會傳輸到監控中心的電腦上，工作人員根據機器人給予的信息，再對損壞的線纜進行維修與更換。

2越障式高壓線纜檢測機器人的結構組成

越障式高壓線纜檢測機器人主要包括控制系統PLC、檢測系統、機械爪機構、伸縮機構、鏈傳動機構、齒輪傳動機構，越障式高壓線纜檢測機器人的機構組成如圖3所示。

控制系統包括PLC工控板和舵機控制板。PLC工控板來控制2只電機正反轉，驅動機器人在高壓線纜上直線移動；舵機控制器接受來自信號線的控制信號，控制電機轉動，電機帶動一系列齒輪組，減速后傳動至輸出舵盤，驅使一對機械爪張開與閉合，3只機械爪同時工作，提高了工作效率；保障了機器人在高空中工作穩定；工作中遇到障礙物不會耽誤工作，能夠實現越障功能。

檢測系統由機器人搭載無線高壓測試儀，在高壓線纜上，遇到破損的線纜，可以檢測出高壓線的各種電壓等級的CT初級、次級電流大小、變比、角差，檢測的詳細數據會傳輸到監控中心的電腦上，工作人員根據機器人給予的數據，再對損壞的線纜進行維修與更換。

伸縮機構使用鋼珠式滑軌，該滑軌推拉順滑，承重力大，具有緩沖關閉或按壓反彈開啟功能，大大提高了機器人在行駛中的平穩性，鋼珠式滑軌如圖4所示。

機械爪機構由舵機制器控制，舵機的控制信號周期為20ms的脈寬調制（PWM）信號，其中脈沖寬度從0.5-2.5ms，相對應的舵盤位置為0-180度，呈線性變化。也就是說，給他提供一定的脈寬，它的輸出軸就會保持一定對應角度上，舵機接受信號與角度關系如表1所示。舵機精確的角度變化，有利于機械爪穩妥的抓住高壓線纜，在工作中遇到障礙物能平穩的前行，增加了機器人的靈活性。

3越障式高壓線纜檢測機器人的工作過程

越障式高壓線纜檢測機器人的控制系統如圖5所示。越障式高壓線纜檢測機器人選用三菱PLC FX1S 工控板和舵機控制板作為控制系統，控制機器人各個執行元件，并記錄、傳輸線纜有無損壞的信息。

越障式高壓線纜檢測機器人可以在線纜不斷電的情況下進行工作，并且對于工作環境沒有太多要求，極大的增加高壓線纜檢測的工作效率，消除人為檢測帶來的安全隱患。

當在工作過程中，遇到高壓線纜上的絕緣子障礙物時，能夠自行翻越，不影響其工作效率。

PLC工控板控制電動機正反轉，驅動鏈輪帶動滾子鏈轉動，滾子鏈通過卡接部與滑軌相連，滾子鏈的轉動帶動滑軌的伸縮，實現機器人的前進和后退；機械爪通過 PLC 控制器和舵機控制，配合滑桿的伸縮，可以實現機器人的越障，保障機器人持續工作。

工作中遇到高壓線纜損壞部分，機器人會短暫停駐，對損壞部分進行檢測計算，高壓線的各種電壓等級的CT初級、次級電流大小、變比、角差，并且進行地理位置的標記，方便后期工作人員的維修，越障式高壓線纜檢測機器人工作流程如圖6所示。

4 總結

我國高壓線廣闊，長期暴露在外的高壓線老化過快，線纜檢測人員高空工作危險性較高。越障式線纜檢測機器人可以代替人工檢測高壓線，檢測效率高，定位精細，遇到障礙物可自行翻越，適應性強，實現跨域高壓線塔的連續檢測。越障式線纜檢測機器人沿高壓線纜爬行工作，爬行的過程中搭載在機器人上的檢測儀器會自動檢測線纜的損壞程度，并進行計算與標記。相比較人工檢測而言，越障式高壓線纜檢測機器人操作簡便，解決了人工檢測的效率低、工作危險的問題。

參考文獻

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來稿日期：2017-06-6

基金項目：浙江省大學生科技創新項目（2016R445003）

作者簡介：

李昂（1997-），男，安徽阜陽人，主要研究方向：機械設計、機電產品開發。endprint