高壓輸電鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人

李華強(qiáng) 錢國(guó)強(qiáng) 陳孝鋒 馬闖??

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在“十三五”背景下國(guó)家更加重視電網(wǎng)的建設(shè)，并且高壓輸電線路的應(yīng)用更加廣泛，但是由于高壓輸電鐵塔的特征，檢修工作存在很大的挑戰(zhàn)，對(duì)此可以使用機(jī)器人開(kāi)展巡檢工作?；诖耍疚膶㈥U述攀爬巡檢機(jī)器人的效用，分析其技術(shù)方案以及優(yōu)化方案，旨在完善攀爬巡檢機(jī)器人的功能，降低巡檢工作的難度，促進(jìn)國(guó)家電網(wǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高壓輸電；攀爬巡檢；機(jī)器人

電力的穩(wěn)定、安全是促進(jìn)各行各業(yè)發(fā)展的基本保障，對(duì)此為了能夠有效的提高電力的安全性，就應(yīng)該加大對(duì)高壓輸電鐵塔的檢測(cè)、檢修等工作的重視程度。在電網(wǎng)的建設(shè)中，輸電塔的材質(zhì)基本上都是角鋼，而檢修與維護(hù)均需要人力完成，不僅影響工作人員的安全，還加大了勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，在科技如此發(fā)達(dá)的背景下，可以研發(fā)巡檢機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、維護(hù)的目的，保護(hù)工作人員的安全。

一、高壓輸電鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人的效用

眾所周知，高壓輸電鐵塔的巡檢工作由于環(huán)境、設(shè)備的特點(diǎn)，使得人員的在工作面臨著一定的挑戰(zhàn)，甚至存在高空掉落的風(fēng)險(xiǎn)。所以，為了能夠有效的解決高壓輸電鐵塔檢修工作存在的問(wèn)題，應(yīng)該大力發(fā)展并應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)——攀爬巡檢機(jī)器人。具體而言，攀爬巡檢機(jī)器人就是以矩形框架結(jié)構(gòu)的形式設(shè)計(jì)其手爪，而這樣的設(shè)計(jì)并能夠加大機(jī)器人與鐵塔之間受力面積，進(jìn)而降低脫落的可能性，保障工作的質(zhì)量與效率。在應(yīng)用的過(guò)程中，攀爬巡檢機(jī)器人能夠鐵塔上自主的攀爬，當(dāng)機(jī)器人攀爬至輸電塔主材的輸電塔上時(shí)，攀爬巡檢機(jī)器人在牽引模塊的牽引下實(shí)現(xiàn)連接。基于這一前提，攀爬巡檢機(jī)器人能夠在運(yùn)行的過(guò)程中開(kāi)監(jiān)測(cè)、維護(hù)的工作，甚至能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)的設(shè)備安裝在制定位置，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電鐵塔狀態(tài)的目的，以便能夠及時(shí)排除輸電中存在的安全隱患，提高輸電的穩(wěn)定性。

二、高壓輸電鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人的技術(shù)

本文中的高壓輸電鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人，主要包括伸縮模塊、第一夾持模塊與第二夾持模塊，無(wú)論哪一個(gè)夾持模塊中，其兩側(cè)均設(shè)置了牽引模塊，該牽引模塊能夠驅(qū)動(dòng)伸縮模塊運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)第一夾持模塊、第二個(gè)夾持模塊移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)攀爬。實(shí)際上，夾持模塊主要包括手爪、短桿（帶滾子）、導(dǎo)向筒、滑筒、夾持驅(qū)動(dòng)連桿、夾持驅(qū)動(dòng)螺母、夾持驅(qū)動(dòng)絲杠套筒、夾持驅(qū)動(dòng)絲杠、夾持驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器、夾持驅(qū)動(dòng)電機(jī)以及箱體等部分[1]。

在設(shè)計(jì)攀爬巡檢機(jī)器人的過(guò)程中，具體的方案為：（1）夾持驅(qū)動(dòng)電機(jī)位于箱體內(nèi)部的中軸線位置；（2）夾持驅(qū)動(dòng)絲杠套筒則垂直的貫穿于箱體的中心；（3）導(dǎo)向筒與箱體連接之前應(yīng)該橫穿于箱體的側(cè)面；（4）夾持驅(qū)動(dòng)電機(jī)基于平鍵，使自身的輸出軸與夾持驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器相互連接，而聯(lián)軸器的另外一側(cè)則與驅(qū)動(dòng)絲杠相連；（5）夾持驅(qū)動(dòng)絲杠、夾持驅(qū)動(dòng)螺母相互組合形成螺旋副，另外夾持驅(qū)動(dòng)連桿的與螺母鉸接，同時(shí)在驅(qū)動(dòng)絲杠套筒中夾持驅(qū)動(dòng)螺母能夠自由移動(dòng)；（6）夾持驅(qū)動(dòng)的另外一側(cè)應(yīng)該與滑筒鉸接；（7）夾持驅(qū)動(dòng)絲杠的軸線與滑筒軸線相互垂直，同時(shí)滑筒的一側(cè)與導(dǎo)向筒相連，而其另一側(cè)被安裝了V型的矩形擋片；（8）機(jī)器人的手爪是由兩個(gè)“日”字的矩形框架構(gòu)成的，而框架的一端與箱體的兩側(cè)發(fā)生鉸接，而其另一端則屬于自由端，在框架的自由端上，設(shè)置了向內(nèi)彎曲的L型抓鉤，而其中部的內(nèi)側(cè)則設(shè)置了滑槽；（9）短桿中的滾子分別在手爪、手爪滑槽中，形成了具體的高副。

三、高壓輸電鐵塔攀爬巡檢機(jī)器人的優(yōu)化

為了能夠進(jìn)一步發(fā)揮攀爬巡檢機(jī)器人的功能，需要結(jié)合實(shí)際對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，具體的方案如下：

（1）將機(jī)器人手爪的矩形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為中間淺V型的結(jié)構(gòu)，當(dāng)兩側(cè)的爪鉤在閉合狀態(tài)時(shí)，矩形結(jié)構(gòu)的自由端能夠相互平行；

（2）在上述的設(shè)計(jì)方案中，滑筒的一端設(shè)置了矩形擋片，而在優(yōu)化的過(guò)程中應(yīng)該使矩形的外側(cè)面、滑筒

軸線、絲杠軸線形成45度的夾角；

（3）機(jī)器人的伸縮模塊包括伸縮套筒、伸縮內(nèi)套筒、滑塊支座、滑塊、剪叉機(jī)構(gòu)、伸縮驅(qū)動(dòng)絲杠支座、伸縮驅(qū)動(dòng)螺母、伸縮驅(qū)動(dòng)絲杠、伸縮驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器、伸縮驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其中，剪叉機(jī)構(gòu)是基于銷釘鉸接由若干個(gè)連桿構(gòu)成的；箱體上應(yīng)該安裝伸縮內(nèi)套筒、伸縮外套筒、滑塊支座、絲杠支座以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的目的；在滑動(dòng)支座中安裝滑塊，在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下做直線運(yùn)動(dòng)，剪叉機(jī)構(gòu)一段與螺母鉸接，一端與滑塊鉸接，從而提高各部件之間的默契度；

（4）牽引模塊主要包括卷筒、卷筒軸、牽引驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器、牽引驅(qū)動(dòng)電機(jī)，牽引驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在支架上，而支架固定在箱體的側(cè)面，電機(jī)的輸出與聯(lián)軸器相連，卷軸的軸承固定在支架上，實(shí)現(xiàn)各個(gè)部件的固定連接；

（5）當(dāng)伸縮模位于第二加持模塊中時(shí)，牽引模塊則應(yīng)該安裝在第一加持模塊上，反之則相互調(diào)換位置；

（6）如果在巡檢的過(guò)程中，需要同時(shí)監(jiān)測(cè)四個(gè)塔片，則應(yīng)該使用四個(gè)攀爬巡檢機(jī)器人分別開(kāi)始工作，并在每個(gè)塔片中安裝兩條牽引繩，同時(shí)加入檢測(cè)、維護(hù)的基本裝置，隨著機(jī)器人的移送，牽引繩便能夠?qū)﹁F塔開(kāi)展全方位為檢測(cè)工作[2]。

基于上述設(shè)計(jì)，豐富了攀爬巡檢機(jī)器人的功能，各個(gè)部件相互協(xié)調(diào)，發(fā)揮作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的功能。例如：將攀爬巡檢機(jī)器人應(yīng)用在高壓輸電鐵塔的檢修中，手爪、導(dǎo)向筒發(fā)揮其功能，使其在角鋼上自由行使，并將相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸給地面的工作人員，為其制定工作計(jì)劃提供參考依據(jù)。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將攀爬巡檢機(jī)器人應(yīng)用在高壓輸電鐵塔的監(jiān)測(cè)、維護(hù)等工作中，能夠提高檢修工作定的效率，降低工作人員的工作強(qiáng)度。以此為基礎(chǔ)，攀爬巡檢機(jī)器人在運(yùn)行的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)監(jiān)測(cè)四個(gè)塔片的目標(biāo)，提高了監(jiān)測(cè)、維護(hù)工作的效率，保證了角鋼的可靠性。所以，為了能夠提高輸電的安全性、穩(wěn)定性，可以大力推廣攀爬巡檢機(jī)器人，為電網(wǎng)的發(fā)展提供保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊鵬文.核電站巡檢與應(yīng)急處理機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].東南大學(xué)，2015.

[2]葉林佶.超高壓輸電線路巡檢機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].重慶大學(xué)，2015.