電力系統機器人的研究現狀與展望

王翔

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211100）

電力系統的構成主要有架空輸電線和地下輸電線，而架空輸電線路不僅會受外界各種環境因素的影響，而且要承受線路自身在運行中所產生的壓力。地下輸電線路大部分使用的是電力電纜，但要定期進行巡檢，在巡檢的過程中存在許多不安全因素，而且成本大，如果在電力系統中引入機器人技術不僅提高了巡檢的工作效率，而且降低了巡檢工作人員的危險。

1 機器人運動的數學模型

機器人的運動軌跡控制，是應用于電力系統以及其他工作場景里最重要的技術指標之一。

機器人的運動軌跡滿足剛體運動規律，圖1中{XW，YW，O}為世界坐標系，{X,Y,O}為移動坐標系，PX為機器人前進方向。智能軌跡機器人運動主要取決于控制參數以及系統在空間中的運動其二者間的聯系。當機器人的位姿為（x，y，θ）時，機器人利用差動輪的速度（Vr,Vl）來確定，通用公式如下：

其中，Vr,Vl分別為左右輪的驅動速度，l為左右輪之間的舉例，r為機器人的驅動半徑。

2 電力系統架空線巡檢中機器人的應用現狀

電力系統是把電力通過發電廠傳輸到輸電網絡的一種工程系統，主要的傳輸線路有架空輸電線路、地下輸電線路以及海底電纜三種。巡檢機器人可以對架空輸電線路以及地下輸電線路進行檢查和維護。相關工作人員可以通過遠程操作使機器人進行巡檢工作。如圖2為遠程控制機器人進行巡檢工作。在電力系統的巡檢工作中主要有三種機器人運用在這個領域，爬行機器人、關節帶自鎖裝置機器人、三機械臂機器人等。

圖1 坐標系圖

2.1 爬行機器人在架空線巡檢中的應用

圖2 遠程控制機器人進行巡檢

架空輸電線路的電力輸送的距離較長，它關系到電力系統的整體質量，在架空輸電線路的巡檢工作中，主要通過原線爬行機器人以及飛行機器人進行巡檢工作。圖3為爬行機器人的一種類型。機器人在無越障功能的架空電力輸電線路中，自身只能做好兩個線塔之間的的電力輸送線路的檢查工作，而且這種機器人不是全智能的，需要相關工作人員的幫助，兩機械臂機器人在進行巡線工作時就是這樣的。圖4為兩機械臂機器人，這種機器人在進行巡檢工作時，如果遇到障礙物，就會自動停止往前，而且會使用前臂抓牢導線，機器人下面的滑塊會立即自動滑到機器人前臂的下面，以此來降低力矩。通過機器人的兩臂合作跨過障礙物。

2.2 三機械臂機器人在架空線巡檢中的應用

在輸電線路的巡檢中，三機械臂機器人的功能更加強大，它能夠跨越更大的障礙物，三機械臂機器人主要有導輪架、臂架以及中心架三個部分組成，三機械臂機器人通過導輪可以在導線上進行自由移動，當機器人發現前面存在障礙物阻擋前進的時候，臂架就會自動抓住障礙物旁邊的導線，越過障礙物。但是三機械臂機器人在進行作業的時候操作起來比較難掌控。圖5為三機械臂機器人跨越障礙物的過程。

圖3 爬行機器人

圖4 兩機械臂機器人

圖5 三機械臂機器人跨越障礙物的過程

3 電纜管道巡檢機器人的應用現狀

管道機器人是非常先進的管道檢測儀器，在管道檢測方面就有較大的潛力，目前已有管道檢測機器人可以在黑暗、潮濕的環境下進行檢測工作，而且靈活性較好，可操作性較強，可以對管道探測、管道疏通以及敷設電纜線的工作進行相關的輔助。但在，實際的操作過程中還存在因碰撞產生的接觸不良的問題。

4 智能機器人在電力行業客服中心的應用現狀

根據世界權威的 IT 研究和顧問咨詢公司的統計在全世界1000強的企業中，有五分之一以上的企業已經通過智能機器人來提高企業的服務水平及競爭力，從這可以看出，智能機器人在客服領域的運用已經是社會發展的趨勢。此外，電力企業還在智能機器人中導入質檢規范標準、系統自動篩查以及人工審核確認等方式，使智能機器人的服務質量不斷提高。

5 機器人系統整體設計要求

5.1 機器人系統應滿足的要求

這個系統設計以電力系統遠程操縱定軌巡視機器人為例進行分析，因為定軌巡視機器人的工作環境是在室外或是磁場與電場都較強的地方。這就要求機器人必須能夠有不受磁場或其它因素干擾的功能，在工作的時候對電力系統的相關信息可以進行準確及時的監測和傳遞，這給機器人的設計結構和性能增加了難度。機器人應該滿足以下的基本條件：能夠穩定快速的提供電源；機器人要易于拆卸和重裝、易于定位；機器人的設計結構必須合理、容易更換；機器人要有一定強度和硬度，并且耐腐蝕、耐磨。

5.2 機器人系統的功能

移動載體的設計：移動載體使用的是內嵌輪式機構，帶有有前進和加緊裝置，而且能夠防靜電、抗惡劣電磁環境。嵌入式控制系統：高效集成，基本實現對小車的運行系統、定點采集傳輸系統和基于傳感器信息處理的音視頻監測系統的自動控制。音視頻監測系統：能夠對音頻、視頻進行及時有效的監測，能夠根據工作現場的實際情況在相應的軌道上進行信息采集，再通過光纖進行信息傳播。定點采集系統：運用射頻 IC 卡的相關原理對采集點進行采集信息的位置定位，并自動進行光纖端口對接以及相關信息的傳遞。上位機系統：能使機器人實現巡檢的目的，控制其進行相關的作用，能夠收集觀測到的音視頻信號。

6 電力系統其他領域中機器人的應用

鐵塔攀爬作業可以應用電力鐵塔攀爬機器人進行，首先，這種機器人可以檢查高壓電鐵塔以及鐵塔的相關附件的損失情況和所存在的問題等，同時也可以為絕緣子清掃以及機器人巡檢提供相應的載體，完成絕緣子的清掃工作以及相關輸電線路的檢測工作。其次，可以通過機器人對太陽能電池板進行控制，把太陽能電池通過機器人相太陽傾斜相應的角度，可以提高太陽能電池板的發電電量。最后是可以利用機器人進行電力鐵塔的焊接工作，目前已有相應的機器人可以完成此項工作，這種機器人的結構比較簡單，體積較小，但是工作效率較高。

7 結語

根據文中所述，不同的工作要選用不同類型的機器人，才達到較好的效果?？蔁o論是哪一種機器人都有自身的優點及不足，只有解決這些不足，才能使機器人的應用更加便捷，效果更好。電力系統機器人因為工作的環境比較特殊，因此必須具備較好的實用性，能夠根據環境的變化進行調整。另外電力系統機器人的結構要盡量簡單，體積較小，重量較輕?？偠灾?，要不斷提高相關的技術，對機器人的研究不斷創新，才能解決好目前機器人應用的不足。