螺栓緊固機器人輸電線路控制方法分析

李慶興，張 明

（國網(wǎng)安徽省電力有限公司宿州供電公司，安徽 宿州 234000）

0 引 言

隨著電網(wǎng)規(guī)模的逐漸擴大，輸電線路的維修難度系數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢。螺栓緊固機器人在實際維修過程中發(fā)揮了重要優(yōu)勢，可針對螺栓存在的故障進行及時診斷，通過試驗的方式驗證控制策略的準確性。因此，明確輸電線路螺栓緊固機器人的基本結(jié)構(gòu)，有助于保證輸電線路的順利運行。

1 螺栓緊固機器人的構(gòu)造研究

1.1 螺栓緊固機器人的機械結(jié)構(gòu)

螺栓緊固機器人的機械結(jié)構(gòu)主要包括主體、兩個行走的輪子、夾爪以及伸縮機械臂等。實時分析減速箱輸出軸的運行狀態(tài)，需要發(fā)揮法蘭連接驅(qū)動盤的優(yōu)勢，對行走輪進行有效連接。經(jīng)過工藝處理后的行走輪滾動槽，一定程度上增加了槽壁與導線之間的摩擦系數(shù)，可防止意外的發(fā)生。該裝置具有一定的防水性能，借助編碼器后蓋與電機末端連接，對機器人伸縮和橫向移動造成了一定的障礙。夾爪裝置的優(yōu)勢較為顯著，輸出軸通過齒輪進行傳遞的過程中，與螺紋軸進行連接，使齒條保持處于水平運行狀態(tài)，實現(xiàn)夾緊或松開。夾爪支架具有一定的優(yōu)勢，與電機減速器有效連接。此時，電機處于正常運行狀態(tài)，絲桿隨之發(fā)生運動。當齒條發(fā)生運動時與夾爪輪齒有機結(jié)合在一起，此時的夾爪將處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。等電位輪的安裝是保證機器人等位電能的關(guān)鍵。提升彈簧移動方式的準確性，有助于保證機器人工作的穩(wěn)定性。在線上設(shè)定螺栓緊固任務，并由機器人完成。在螺栓裝置的設(shè)置上，自由度機械臂中的關(guān)節(jié)主要由2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和1個伸縮關(guān)節(jié)組成，在規(guī)定的時間內(nèi)完成任務。

1.2 螺栓緊固作業(yè)機器人柔性末端結(jié)構(gòu)設(shè)計

螺栓緊固作業(yè)機器人柔性末端結(jié)構(gòu)的設(shè)計較為完善。首先，操作過程中要做好螺栓頭的固定工作，實時關(guān)注螺母的運行狀態(tài)，借助旋轉(zhuǎn)端將其套住，隨即擰緊螺栓。在實際操作環(huán)節(jié)中，要根據(jù)當前高壓輸電線路的實際情況，結(jié)合螺栓的型號，選擇最佳的套筒完成作業(yè)。螺栓緊固作業(yè)機器人柔性末端結(jié)構(gòu)設(shè)計中的螺栓固定裝置工作方式較為簡單，限制螺栓頭的轉(zhuǎn)動。在此環(huán)節(jié)中，輸出扭矩的過程要保證擰螺母裝置的穩(wěn)定性。需要借助渦輪蝸桿傳動的方式進行操作，提升裝置的運動性能。螺栓柔性末端執(zhí)行器主要由旋轉(zhuǎn)電機和扳手套筒等組成。在實際運行環(huán)節(jié)中，需要掌握套筒與旋轉(zhuǎn)軸之間的關(guān)系。設(shè)計時，為了保證套筒與螺母之間處于平衡狀態(tài)，可以借助十字鉸的方式實現(xiàn)二者的連接。在伸縮機運行環(huán)節(jié)，將帶動旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)的彈簧移動，實現(xiàn)壓縮。針對設(shè)備運行的實際情況，可適當調(diào)節(jié)機械手，保證內(nèi)六角套筒與螺母之間形成有效的對接。發(fā)揮控制器的作用，實時監(jiān)測套筒的位置，使之與螺母保持在一致的狀態(tài)。輸電線路運行過程中，機器人借助螺栓緊固末端執(zhí)行器的優(yōu)勢實時收集任務指令，并與帶電作業(yè)機器人合作完成[1]。

1.3 螺栓緊固作業(yè)機器人測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

螺栓緊固作業(yè)機器人測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的人機交互系統(tǒng)主要借助視頻服務器的優(yōu)勢，實時獲取攝像頭中的數(shù)據(jù)信息，根據(jù)系統(tǒng)運行的實際情況有效調(diào)節(jié)機器人，減少了人力、物力、財力資源的消耗，提升了作業(yè)質(zhì)量與效率。其中，人機交互系統(tǒng)可以分為不同的部分。第一，系統(tǒng)區(qū)和狀態(tài)顯示區(qū)可以掌握地面基站的數(shù)據(jù)信息，借助通信技術(shù)的優(yōu)勢與機器人進行有效連接，實現(xiàn)視頻登入、視頻錄像等功能，保證按鍵的有效操作。指示區(qū)與電源控制器實時掌握監(jiān)控網(wǎng)絡與視頻的連接狀態(tài)，可以準確監(jiān)測機器人的電池和電壓情況，保證機械運行的安全性。該系統(tǒng)優(yōu)勢可以及時發(fā)現(xiàn)電機中存在的問題，出現(xiàn)過流等問題時可以借助清除按鍵清除錯誤，保證設(shè)備的正常運行。通用平臺主要包括基本操作，可以精準定位機器人的位置，控制機器人的運動。帶電作業(yè)機器人機械手控制區(qū)準確判斷螺栓是否處于擰緊狀態(tài)，可以實現(xiàn)自動化操作。第二，傳感器以及其他輔助設(shè)備主要包括編碼器、限位開關(guān)、姿勢傳感器、三維傳感器以及攝像頭等部分，控制電機的運行狀態(tài)，掌握輸電線的運行情況。

2 螺栓對中預測策略

螺栓對中預測策略主要涉及機器人的運動軌跡預測和螺栓的運動軌跡預測兩個部分。其中，機器人的運動軌跡預測需要明確多傳感器數(shù)據(jù)融合的定義和優(yōu)勢，將多個傳感器有效連接在一起，實現(xiàn)信息之間的傳遞，針對各自傳感器傳輸數(shù)據(jù)信息的不足與優(yōu)勢實現(xiàn)互補，以保證觀測測量的準確性。多傳感器信息技術(shù)處理過程較為完善，實現(xiàn)信息優(yōu)化與整合，提升系統(tǒng)信息的準確性。同時，多傳感器數(shù)據(jù)融合在目標跟蹤預測中的性能較為顯著，可以增加系統(tǒng)的生存能力，降低信息的模糊性，逐步擴寬信息探測范圍。此環(huán)節(jié)借助不同傳感器的功能優(yōu)勢，準確描述物體的特性，有助于減少數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中產(chǎn)生的誤差。多傳感器信息融合方式主要有加權(quán)平均數(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡等?？柭鼮V波器的融合過程需要掌握加速度計和陀螺儀的模型狀態(tài)，充分考慮外部重力加速度、重力加速度、加速度的偏差和噪聲等因素，借助陀螺儀的優(yōu)勢測量角速度，保證數(shù)據(jù)信息的準確性。實時測量系統(tǒng)機器人的最優(yōu)角度，注重優(yōu)化機器人的機械結(jié)構(gòu)，并與套筒的擺動傾角進行轉(zhuǎn)化，隨后科學分析螺栓的擺動傾角。螺栓對準預測策略主要預測螺栓和攝像機的運行軌跡，將傾斜角保持在相同區(qū)間，保證螺栓對準作業(yè)的準確性，可以實時監(jiān)測輸電線路的擺動幅度。為了提升機器人在輸電線路上的穩(wěn)定性，要將螺栓與攝像機在輸電線路上的擺動幅度最小化，控制機械臂準確完成任務[2]。

3 螺栓對中控制策略

螺栓對中控制策略主要監(jiān)測套筒和螺母的對接情況。為了保證六角準確對準，要關(guān)注內(nèi)六角套筒與六角螺母之間的運行狀態(tài)，盡量減少二者之間的摩擦，保證螺栓緊固機器人在輸電線路中順利運行。其中，螺栓對中控制策略需要做好對螺母旋轉(zhuǎn)的角度計算工作，實時掌握套筒相對于螺栓的偏角情況。當不存在角度偏差時，需要控制機械臂并進行給進操作，對螺栓進行加固處理。當出現(xiàn)偏差較小時，要掌握好套筒與螺栓之間的具體角度，準確定位給進螺母的圈數(shù)，提升對準成功率。當出現(xiàn)螺栓對準失敗問題時，要根據(jù)攝像頭的實際情況，借助機械臂對其進行控制。當出現(xiàn)偏差較大時，需要重新對準操作?；诹鞲衅鞯娜犴樋刂浦饕枰治鎏淄残D(zhuǎn)前的受力情況，利用該方式適當調(diào)整機械臂的位置，科學掌握旋轉(zhuǎn)螺母的實際受力情況。在計算柔性角度時，需要準確的掌握柔性角度的臨界情況，保證螺栓與套筒之間的偏角在柔性范圍之內(nèi)，順利進行對準。在研究螺栓緊固作業(yè)末端內(nèi)六角套筒承受載荷對扭矩的影響時，需要掌握內(nèi)六角套筒和十字連軸架的運行狀態(tài)，進行位姿的調(diào)整。

4 螺栓緊固的力矩控制策略

螺栓緊固的力矩控制策略需要掌握常見的預緊力控制方式，其中扭矩控制方式較為簡單。掌握螺紋的連接狀態(tài)行，需要明確軸向夾緊力與擰緊扭矩之間的關(guān)系。在實際的裝配環(huán)節(jié)，要充分考慮螺孔本身和溫度的變化情況，有效降低成本，提升擰緊質(zhì)量。扭矩轉(zhuǎn)角控制法要控制轉(zhuǎn)角的時間，且螺栓緊固的精度較高，但在實際應用過程中會產(chǎn)生一定的誤差。扭矩系數(shù)控制法在實際的試驗過程中，需要分析控制力矩轉(zhuǎn)化為具體電流的情況。為了實現(xiàn)智能化控制，放入程序中進行觀察，實時監(jiān)測電機的運行狀態(tài)，并與設(shè)置的電流進行比較。當超過設(shè)置的電流閾值時，將會實現(xiàn)自動停止。在分析扭矩隨時間變化的斜率時，需監(jiān)測螺栓擰緊的全過程，觀察螺母和墊片的貼緊程度，延長螺栓的使用壽命。輸電線路螺栓緊固機器人控制方式需要安裝機器人吊裝滑輪，針對線路中存在的故障進行維修[3]。

5 結(jié) 論

本文詳細分析了螺栓緊固機器人輸電線路控制方法，闡述螺栓緊固的柔性末端結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體流程，研究螺栓緊固機器人在輸電線路上的預測對準和緊固問題，要求相關(guān)研究人員具備較強的專業(yè)知識儲備，堅持理論聯(lián)系實際的原則，使其適應當前輸電線路運行的實際情況。