输电线路巡检机器人越障方法的研究与实现
变电站巡检机器人关键技术及系统的研究与实现
变电站巡检机器人关键技术及系统的研究与实现一、本文概述随着科技的快速发展和智能化水平的不断提升，变电站巡检工作正面临着从传统人工巡检向智能化、自动化巡检转变的重要机遇。
变电站作为电力系统的核心组成部分，其巡检工作对于保障电力系统的稳定运行具有重要意义。
然而，传统的人工巡检方式存在着效率低下、安全隐患多等问题，难以满足现代电网发展的需求。
因此，研究并实现变电站巡检机器人关键技术及系统，对于提高变电站巡检效率、保障电网安全稳定运行具有重要的现实意义和应用价值。
本文旨在探讨变电站巡检机器人的关键技术及系统的研究与实现。
介绍了变电站巡检机器人的研究背景和意义，分析了传统巡检方式存在的问题和智能化巡检的发展趋势。
详细阐述了变电站巡检机器人的关键技术，包括机器人导航与定位、自主巡检规划、故障识别与预警等方面。
接着，介绍了变电站巡检机器人系统的设计与实现，包括硬件平台的选择与搭建、软件系统的开发与应用等。
通过实际案例分析，验证了变电站巡检机器人关键技术及系统的有效性和可行性，为变电站巡检的智能化、自动化提供了有益的参考和借鉴。
通过本文的研究与实现，期望能够为变电站巡检机器人的推广应用提供理论支持和技术指导，推动电网巡检工作的智能化、自动化进程，为电力系统的安全稳定运行贡献力量。
二、变电站巡检机器人关键技术研究变电站巡检机器人是电力系统中一种重要的智能化设备，其关键技术涉及多个领域，包括机器人技术、图像识别、传感器技术、导航与控制等。
本文将对变电站巡检机器人的关键技术进行深入的研究和探讨。
变电站巡检机器人的核心技术之一是自主导航技术。
在复杂的变电站环境中，机器人需要能够准确地识别路径、避障和定位。
为了实现这一目标，我们采用了基于SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）的自主导航算法，通过激光雷达和视觉传感器的融合，实现机器人的实时定位和地图构建。
我们还引入了深度学习算法，使机器人能够识别和预测环境中的动态障碍物，从而提高巡检的效率和安全性。
高压线路沿地线穿越越障巡检机器人的关键技术研究
三、高压线巡检机器人的技术原 理
高压线巡检机器人主要采用轮式或履带式移动平台，通过电机或液压驱动实 现移动。同时，机器人配备有多种传感器，如高清相机、红外相机、激光雷达等， 以实现对线路的全方位感知。此外，机器人还搭载了多种通信设备，如GPS、无 线通信模块等，以便实现与控制中心的实时通信。
在人工智能方面，高压线巡检机器人采用了深度学习、计算机视觉等技术对 线路状态进行识别和判断。通过对大量线路图片的学习和训练，机器人能够准确 识别线路的缺陷和故障，如断股、锈蚀、交叉等。同时，机器人还能够根据线路 状态进行决策和优化，如调整巡检路线、优先处理故障等。
6、巡检系统：巡检系统负责机器人的巡检任务，包括线路状态检测、设备 检测等。巡检系统应具备高精度和高效率的特点。
二、关键技术研究
1、路径规划技术：路径规划是机器人运动控制的基础。在复杂的环境中， 机器人需要规划出一条安全、高效的路径。路径规划技术应考虑地形、障碍物、 线路布局等因素。
2、图像处理技术：图像处理技术是实现机器人感知和障碍识别的关键技术。 通过图像处理技术，机器人能够识别周围的障碍物，并根据障碍物的类型和大小 规划出合适的越障路径。
五、结论
高压线巡检机器人的研究涉及到多个领域的知识和技术，具有较高的难度和 挑战性。然而，随着科技的不断发展，我们有理由相信未来的高压线巡检机器人 将会更加智能、自主和可靠，为电力传输线路的安全运行提供更加强有力的保障。
参考内容二
随着科技的不断发展，机器人技术逐渐渗透到各个领域，其中巡检机器人更 是凭借其高效、准确的特性，在电力、石油、化工等工业领域发挥了重要作用。 然而，巡检机器人要实现高效、准确的运行，其移动底盘的设计至关重要。本次 演示将探讨一种新型巡检机器人的移动底盘设计及越障性能分析。
架空输电线路巡线机器人越障分析及运动学仿真
架空输电线路巡线机器人越障分析及运动学仿真摘要：人工巡检是巡线方法中比较传统的方式，其工作量很大，环境艰苦条，难以满足电网供电可靠性的要求；电力线自动巡检平台通过巡线机器人携带的激光测距雷达对电力线周围的障碍物进行测距，通过摄像机对线路周围环境进行拍摄，将含有安全、异常信息的数据通过无线设备实时传输到基于北斗系统的电塔在线监测系统终端，并由其终端通过北斗通讯送至地面监控站，对线路的运行情况进行判断、分析，以便及时发现和消除隐患。
关键词：巡线机器人；越障；仿真引言在20世纪90年代的时候，我国开始研究巡线机器人，并且获得了一些荣誉成果。
其中典型代表有：武汉大学及其研制的“LineBot”系列巡检机器人，中科院沈阳自动化所及其研制的巡检机器人等。
由于线路巡检机器人具有良好的应用前景和技术特色，所以已成为智能机器人领域的研究热点。
1架空输电线路巡线机器人的研制1.1柔性臂末端和腕关节执行器的支撑是依靠于巡线机器人的机械手臂来实现的。
一般需具有3个以上的自由度才可以保证机器人顺利通过各种障碍物，使机器人可以在输电导线上进行巡线作业。
常用的几种机器人手臂构型如图1所示。
3个自由度的机械手臂手腕构形通常有RRR、RBR、BRR和BBR4种形式，如图2所示。
其中R表示转动结构，B表示弯曲结构。
采用两个弯曲的BBR可以增加结构的尺寸，而RBR比BBR的结构更加紧凑。
为了使机械手臂的结构更加简单、重量更轻，同时可以在平行于避雷线的端面上自由运行，手臂的位置和手臂的姿态各自设置2个自由度，合计4个自由度，如图3所示。
总之柔性臂具有手腕回转、手腕俯仰、大臂回转和小臂俯仰4个自由度，它由大臂、小臂、肘关节、腕关节、肩关节、机座、末端执行器7个部分组成。
由转盘和精密的涡轮蜗杆减速器组成肘关节和肩关节，转盘是由涡轮蜗杆减速器通过电机来带动，使手臂在竖直和水平两个方向都可以实现自如运动。
此外制动装置通过电机的控制，可以使手臂在柔性与刚性之间实现平滑转换，这样机器人就可以跨越线路上各种障碍物，完成巡线工作。
变电站巡检机器人越障视觉伺服路径规划
变电站巡检机器人越障视觉伺服路径规划在电力系统这个庞大而复杂的网络中，变电站是保障电网稳定运行的重要节点。
随着科技的发展，变电站巡检机器人应运而生，它们如同一群勤劳的“电子蜜蜂”，在变电站内穿梭不息，确保电网的安全与高效。
然而，这些机器人在执行任务时，常常面临着各种障碍物的挑战，如何让它们在复杂环境中灵活越障，成为了一个亟待解决的问题。
本文将探讨变电站巡检机器人越障视觉伺服路径规划的重要性及其实现方法。
首先，我们要明确一点：变电站巡检机器人并非简单的移动设备，它们是集高科技于一体的智能体。
它们需要具备敏锐的“眼睛”——即视觉系统，以及灵活的“大脑”——即伺服控制系统。
这双“眼睛”能够捕捉到周围环境的每一个细节，而“大脑”则负责分析这些信息并做出决策。
因此，越障视觉伺服路径规划的核心就在于如何让这双“眼睛”与“大脑”完美配合。
想象一下，当巡检机器人在行进过程中遇到障碍物时，它必须像一位经验丰富的探险家一样，迅速判断前方的地形并找到最佳路径。
这时，它的“眼睛”会将障碍物的形状、大小、位置等信息传递给“大脑”。
然后，“大脑”会根据这些信息进行快速计算，规划出一条既能避开障碍物又能保证巡检效率的路径。
这一过程就像是一位棋手在棋盘上布局，每一步都要深思熟虑，以确保最终的胜利。
在这个过程中，夸张修辞和强调手法的使用显得尤为重要。
比如我们可以说，巡检机器人在面对障碍物时，它的“眼睛”仿佛变成了一双透视眼，能够洞察一切；而它的“大脑”则像是一台超级计算机，能够在瞬间完成复杂的计算。
这样的描述不仅增强了文章的表现力，也使得读者对巡检机器人的能力有了更直观的认识。
当然，光有强大的“眼睛”和“大脑”还不够，巡检机器人还需要一套完善的越障策略。
这就涉及到了观点分析和思考。
我们必须考虑到各种不同的障碍物情况，比如高低不平的地面、密集的设备分布等。
每一种情况都需要有针对性的解决方案。
例如，在面对高低不平的地面时，巡检机器人可以通过调整自身的重心来保持稳定；而在密集的设备分布区域，它则需要更加精细地规划路径，以避免与设备发生碰撞。
输电线路巡检机器人自动路径规划与避障技术研究
输电线路巡检机器人自动路径规划与避障技术研究随着社会的发展和电力需求的增加，输电线路的安全问题变得尤为重要。
传统的输电线路巡检方式存在着人力劳动强、效率低下等问题，因此研发一种能够自动巡检输电线路的机器人成为一种迫切需求。
然而，机器人在巡检输电线路时面临着路径规划和避障等技术挑战。
本文将针对输电线路巡检机器人的自动路径规划与避障技术进行研究。
首先，路径规划是输电线路巡检机器人的关键技术之一。
由于输电线路通常呈现为复杂的网络结构，机器人需要在此网络中选择最优的巡检路径。
传统的路径规划算法如A*算法、Dijkstra算法等可以用于简单的环境中，但是在复杂的输电线路环境中表现出局限性。
因此，我们需要结合机器学习和优化方法来改进路径规划算法。
一种可能的解决方案是使用深度强化学习技术来训练机器人学会自主探索和优化巡检路径。
该方法可以通过给机器人提供大量的训练数据，使其能够根据输入的环境信息选择下一步的行动，并通过奖励机制进行路径的优化。
另外，遗传算法等优化方法也可以用于路径规划的优化，通过自动地搜索和演化，找到一条最优的巡检路径。
除了路径规划，输电线路巡检机器人还需要具备避障能力。
由于输电线路周围存在着各种障碍物，机器人需要能够在遇到障碍物时进行自主避让，以确保安全和顺利完成巡检任务。
传感器技术是实现机器人避障的关键。
通过搭载激光雷达、摄像头等传感器，机器人可以实时感知周围环境，并根据传感器数据做出相应的避障决策。
在避障决策方面，我们可以借鉴人工智能中的一些方法，如机器学习和深度学习。
通过将机器人的避障行为与环境数据进行有监督或无监督的训练，可以使其具备智能的避障能力。
此外，还可以结合SLAM（同步定位与地图构建）技术，实时地更新机器人的位置和地图，以更精确地规划避障路径。
除了路径规划和避障技术，输电线路巡检机器人还需要考虑一些其他问题。
例如，机器人的动力系统、远程控制技术、自主充电和自主维护等。
这些问题的解决也需要我们进行深入的研究和探索。
输电线路智能巡线机器人的研究及应用
１ 机器人系统模型的设计思路
机器人系统应该能够实现智能远程控制，能够 进行自主学习，并具有完备的任务模块和电 源 模 块。这样巡线机器人能够自主地在输电线路上进行 巡检，能够将巡检情况及时反馈给监控中心，并做 出相应的动作进行处理。因此机器人系统应具备以 下功能模块。
供电模块，当机器人在带电线路运行时采用动线 供电，同时向电池充电；若为故障线路时，则直接利 用电池进行供电，从而不仅使机器人适用于多种任务 条件之下，同时还能尽可能的节省用电，增强电池的 使用寿命。当机器人结束工作任务后，根据自身的电 量使用情况回到最近的驻留巢穴进行充电，以便下一 次的任务指令。
近年来国家提出智能电网的发展规划，也推动了 输电线路巡线智能化的发展。机器人巡检不仅可以节 省大量人力，还能够完成大量人工难以完成的巡检任 务。因此，研究一套能够自主学习、智能控制、能够 处理多种复杂任务的巡线机器人系统，这对于提高巡 检效率，快速处理故障、消除潜在隐患，保证输电线 路的正常运行有着重大的意义。
式适用于情况复杂的线路或者需要进一步确认故障的 情况。这三 种 工 作 模 式 在 机 器 人 完 成 了 工 作 指 令 之 后，自动返回巢穴，等待之后的指令。
各个状态以及工作模式之间的切换及切换条件如 表 １所示：
状态 （前） 待机状态 充电状态
工作状态
表 １ 各种状态的切换
条件
状态 （后）
接收巡检任务
在半自由巡检模式下，机器人按照预先设定的巡 逻线路进行巡逻，在完成了规定的巡逻任务之后返回 最近的驻留巢穴恢复待机状态，若电量不足则进入充 电模式；在 自 由 巡 检 模 式 下，机 器 人 进 行 随 机 的 巡 检，自动地沿底线行走。这两种工作模式适用于一般 的常规检查。在手动控制模式下，工作人员可以通过 操控中心向机器人发出指令进行进一步检查，这种模
沿地线穿越越障的架空输电线路巡检机器人的
履带式越障
巡检机器人采用履带式结构，通 过履带的滑动实现穿越障碍。该 技术能够适应复杂的地形和障碍 物，但结构相对复杂，控制难度
较大。
跳跃式越障
巡检机器人采用跳跃式结构，通 过机器人的跳跃实现穿越障碍。 该技术能够适应高难度的地形和 障碍物，但结构复杂，控制难度
较大。
越障关键技术
01
02
03
利用深度学习算法对巡检机器人采集的图像进行 分析，识别出障碍物的类型、位置和高度等信息 。
基于强化学习的路径规划算法
利用强化学习算法对巡检机器人进行训练，使其 能够根据障碍物的信息自主规划穿越路径。
3
基于伺服控制的运动控制算法
采用伺服控制系统对巡检机器人的运动进行精确 控制，确保其能够按照规划的路径顺利穿越障碍 。
沿地线穿越越障的架空输电 线路巡检机器人
2023-11-08
目 录
• 引言 • 巡检机器人系统概述 • 越障技术 • 沿地线穿越越障技术 • 实验与测试 • 结论与展望
01
引言
研究背景与意义
电力巡检的重要性
电力巡检是保证电力系统的稳定和安全运行的关键环节。
传统巡检方式的局限性
传统巡检方式存在效率低下、安全隐患等问题，难以满足现代电力 系统的需求。
04
沿地线穿越越障技术
沿地线穿越越障技术原理
基于摩擦传动装置
利用摩擦传动装置，将机 器人与地线紧密结合，实 现机器人的沿地线穿越。
传动装置优化设计
优化设计摩擦传动装置， 提高其传动效率，降低能 量消耗。
越障机构设计
设计越障机构，使机器人 在遇到障碍时能够顺利越 过，提高巡检效率。
沿地线穿越越障关键技术
输电线路无人机自动巡检的实现与应用
输电线路无人机自动巡检的实现与应用随着科技的不断发展，无人机技术在各行各业都得到了广泛的应用。
在输电线路领域，无人机的自动巡检技术已经开始得到应用，并且取得了一定的成效。
本文将就输电线路无人机自动巡检的实现与应用进行介绍。
一、无人机在输电线路巡检中的优势传统的输电线路巡检方式是由人工巡线或者借助于直升机等飞行工具进行。
而无人机在输电线路巡检中有着明显的优势，主要体现在以下几个方面：1. 成本低：传统的人工巡线或者借助直升机巡检的成本较高，而无人机的成本相对较低，可以大大降低输电线路的巡检成本。
2. 安全性高：传统的输电线路巡检方式存在一定的安全隐患，而使用无人机进行巡检可以提高整个巡检过程的安全性，避免了人员的高空作业风险。
3. 效率高：无人机巡检可以快速、准确地获取对输电线路的状态信息，有效缩短了巡检的时间，提高了工作效率。
4. 数据处理便利：通过无人机巡检获取的数据可以直接进行数字化处理和分析，更加方便后续的数据管理和运维工作。
无人机在输电线路巡检中具有成本低、安全性高、效率高、数据处理便利等优势，因此在实际应用中受到了广泛的关注和推广。
要实现输电线路无人机的自动巡检，首先需要解决几个关键技术问题：1. 路径规划：针对输电线路的特点，设计合适的无人机巡检路径是非常重要的。
需要考虑线路的长度、高度、地形地貌等因素，以及风力、空域限制等外部条件，设计出最佳的巡检路径。
2. 避障技术：在实际巡检中，避免无人机与输电线路、障碍物发生碰撞是非常重要的。
需要借助传感器、摄像头等设备，实现对无人机周围环境的识别和避障。
3. 数据采集与传输：无人机在巡检过程中需要实时采集输电线路的数据，并将其传输到后台进行处理。
因此需要稳定可靠的数据采集和传输技术来支持无人机的巡检工作。
4. 数据处理与分析：无人机巡检获取的数据需要进行分析和处理，从中提取出有用的信息。
需要借助于计算机视觉、图像处理、数据挖掘等技术手段，实现对数据的智能化处理和分析。
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输电线路巡检机器人越障方法的研究与实现任志斌;阮毅【摘要】机器人在线巡检时需要跨越各种障碍物.针对220 kV架空输电线路的结构特点,采用双臂同侧伸缩式结构,实现了巡检机器人沿线行走及跨越障碍的功能;针对越障的实际问题,分析了越障过程的难点:障碍物的辨识与手臂上线定位、姿态角调节问题.根据传感器的输出,经过特定的算法,即可判断线路相对于机器人的空间位姿及能保证机器人车体保持水平姿态.实验及实际运行结果表明:该机器人可沿线行走并自主跨越障碍,从而验证了系统设计的有效性与合理性.%Robot for inspecting the power transmission lines must crawl along the line and plan its behaviors to negotiate obstacles in various shapes. The robot, deliberately designed as both hanging-arms on the same side, was developed for inspecting the 220 kV transmission lines. The problems of obstacle localization, arm positioning, and attitude adjustment were studied. The position and direction of the robot could be calculated and the horizon of its body be kept by some specific algorithms according to sensors' outputs. The experimental results showed that the robot could travel along the wires, and navigate obstacles autonomously, and proved that the system design was valid.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(032)003【总页数】6页(P280-285)【关键词】巡检机器人;自主越障;定位;质心调节【作者】任志斌;阮毅【作者单位】江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TP240 引言电力线及杆塔附件长期暴露在野外,电力公司要定期对线路设备巡检,及时发现早期损伤和缺陷并加以评估,然后根据缺陷的轻重缓急,以合理的费用和正确的优先顺序,安排必要的维护和修复,从而确保供电可靠性.目前,对输电导线进行巡检的方法主要有两种：①地面目测法：采用肉眼或望远镜对辖区内的电力线进行观测.由于输电线路分布点多面广、地理条件复杂,巡线工人需要翻山越岭、涉水过河、徒步或驱车巡检.这种方法劳动强度大,工作效率和探测精度低,可靠性差;②航测法：直升飞机巡线,直升飞机沿输电线路飞行,工作人员用肉眼或机载摄像设备观测和记录沿线异常点的情况.这种方法尽管距离接近,提高了探测效率和精度,但电力线从观察者或摄录设备的视野中快速通过,增加了技术难度,运行费用较高[1-3].因此,开发一种可以替代或部分替代巡检工人进行巡检作业的机器人一直是国内外研究领域的热点.1 巡线机器人构型越障过程是巡检机器人完成工作的关键.机器人在越障时应保证机器人动作稳定,在翻越线塔时还要保证与其它构件的安全距离.文献 [1]采用了仿人攀援的弧形手臂越障机构,姿态控制较为复杂,文献 [4]中给出的分体蛇形越障机构不适合跨越直径和间距较大的障碍.目前采用较多的是轮臂复合结构,文献 [5-7]采用了轮臂复合的机构,机器人通过双臂交叉运动实现实验室的越障过程,但在实际线路中由于障碍物的环境与实验室的有差异,如图 1为塔的实际现场线路,可看出架空线偏向塔的一边.因此,在翻越图 1所示圆圈的障碍时,机器人与线塔金属部件的安全间距太小,会与障碍物发生碰撞.图1 输电线路现场情况Fig.1 Environment of power transmission line图2 巡线机器人的构型简图Fig.2 Configuration of inspection robot针对上述情况,需要改进机器人机构,使其能够跨越输电线路上的所有障碍,完成巡检任务.机器人及 3D构型如图 2和图 3所示,机器人结构采用了双臂同侧悬挂的设计方案,控制箱体的形状采用了“L”形状,在越障时可将机器人悬挂在线路外侧,增大了机器人作业空间.另外,控制箱体里携带了控制模块、电池及检测仪器,并且箱体可以沿滑条移动来调节机器人质心.机器人还包含 AB两只手臂,手臂能分别转动和伸缩,手臂上端有滚轮和夹爪.机器人机构的导轨支架机构主要由滑轨基座、手臂及控制箱滑条、手臂移动驱动电机、控制箱移动驱动电机组成.滑条分别与手臂和控制箱相连,此外,滑条上附有导轨和齿条,其中导轨与滑轨基座的滑块相配,齿条与滑轨基座的齿轮啮合.滑轨基座上固定三对滑块,此外,还包含三对蜗轮蜗杆副,并与基座上的齿轮相连,由电机驱动,可实现两手臂和电器箱沿着导轨相对移动.图3 升降臂单侧悬挂式机器人 3D构型Fig.33D model of two arms suspended on the same side of the wire机器人通过手臂末端的轮爪机构悬挂在线路上,具有沿线移动和越障作业功能.机器人在沿线移动时,根据线路的情况,选择滚轮滚动方式或爬行方式,在遇到障碍物时,可通过双臂的交替运动翻越障碍物,继续行进.2 机器人控制系统机器人的控制系统采用分层控制结构,分别包括远程管理主机、机器人本体主控机和电机及驱动,整个控制系统的组成结构如图 4所示.远程管理主机的作用主要是利用无线通讯装置对在野外线路上进行巡检工作的机器人进行监视和远程控制.机器人本体主控机采用 PC104工业控制计算机,在远程控制方式下,它接收远程主机的控制命令,将其解释为各个电机的运动序列,并依次发送给驱动器执行.机器人在自主越障时,它根据线路库、作业规划库、动作规划库、动作库和传感器检测信息,自主进行机器人动作规划,电机按规划动作.另外,机器人本体主控机还通过图像采集卡采集机器人巡检图像,并将图像实时地传输给远程管理主机进行监视.图4 控制系统的组成结构Fig.4 Structure of control system3 巡线机器人越障原理巡检机器人工作环境在野外,对控制系统有着极高的要求,每个部分的控制都要满足功耗小、体积小、重量轻、精度高、可靠性好、能适应恶劣环境等苛刻的要求.机器人自主翻越架空地线上的障碍物是巡检机器人控制研究中的关键内容,机器人在越障过程中,一只手臂悬挂于架空地线,另一只手臂脱线翻越障碍后完成上线动作,上线过程中需要对输电线位姿定位,并根据定位结果控制机器人完成上线动作.此外,悬挂在地线上的机器人,由于风力作用和自身姿态调整时重心的偏移会产生摆动.因此,寻求一种可靠、简洁的定位方法是实现机器人越障的关键.目前,巡线机器人使用视觉导航的较多,视觉导航具有很高的空间和灰度分辨力,探测范围广、精度高,能够获取场景中绝大部分信息[8-9],其缺点是难以从背景中分离出要探测的目标.为了将障碍与背景分开,所需的图像计算量很大,导致系统的实时性能较差[10-11].输电线巡检机器人需自主翻越的障碍物种类并不多,因此,机器人可通过在实验室进行典型障碍物越障过程调试示教,离线形成规划知识库,实际越障时自动调用规划知识库完成动作.机器人手臂在上线时,按照规划知识库动作时应与在线检测的信号相结合进行调整[8-9],以保证机器人动作的准确.巡检机器人在巡检作业中主要翻越的障碍如图 5所示,是在实验室按照1∶1的大小搭建的主要障碍物,左边为防振锤,右为塔杆的一角,通过线夹连接地线.图6为巡检机器人翻越防振锤动作过程,当巡检机器人的 A臂遇到防振锤后,依靠遇障传感器发出停止信号使机器人停止运动.此时巡检机器人若要越过防振锤,首先要使机器人 B臂夹爪闭合并夹紧地线,A臂脱离架空地线,调节机器人质心到 B臂,再通过 A臂升降电机使巡检机器人 A臂脱线,A臂向前移动,越过障碍(防振锤)后再重新上线,再调节机器人质心到 A臂,B臂升降电机使巡检机器人 B臂脱线,B臂向前运动,使巡检机器人 B臂越过障碍物,从而实现双臂越障.图5 架空地线障碍物Fig.5 Obstacles on overhead ground wire图6 机器人越障示意图Fig.6 Process of obstacle neg otiating4 机器人越障作业实现从机器人越障动作分析可看出,机器人要顺利越障,存在 3个关键问题：障碍物的判别、机器人姿态角的调节、手臂上线定位控制.这 3个问题的解决情况直接影响机器人越障时的性能和安全.4.1 障碍物的判别巡检机器人以架空地线作为作业路径,在沿线行进时,越障作业是其线上关键的作业内容.在执行越障前,需要利用外部传感器对线路上的防振锤、悬垂金具和各种塔架等各种影响巡检机器人行进的障碍物进行感知,再根据线路库判断障碍物的类型,以此执行相应的越障作业内容.爪轮机构上安装有激光传感器,用于检测悬挂在线路上的障碍物.激光传感器采用德国施克光电公司的 W T9L光电开关,光源为红色激光,能保证良好的精度与灵敏度.光电开关的输出信号为数字信号,线路上无障碍物存在时,光电开关发出的探测激光无反射,此时光电传感器输出低电平信号,当巡检机器人接近线路上的障碍物时,光电传感器接收到反射信号,感应到障碍物的存在,此时光电传感器输出高平信号.4.2 机器人姿态角的调节巡检机器人在越障过程中,姿态角的调整是动作规划中很重要的环节.通过调整姿态保证系统的安全性和稳定性使线上作业的机器人系统重量分布均匀,手臂部件受力均衡,并且在越障联动过程中,保持机器人的姿态平稳.机器人越障过程中,它需要一只手臂悬挂在架空地线上,另一只手臂脱线跨越障碍,然后再上线.在上线过程中,利用质心调节机构即箱体的移动,保持机器人的姿态稳定,并且为使机器人脱线,必须让需要脱线的滚动轮与架空地线间没有力的相互作用,否则无法脱线.设电气盒的质量为 M,机器人质量为 m,两臂中心线之间的距离为 2a,滚轮半径为 r,与线的接触点为o,上坡和下坡时架空地线与水平面之间的夹角为T,如图 7所示图7中机器人 B臂悬挂在架空地线上,通过质量调心,使机器人 A臂的滚动轮与架空地线间没有力的相互作用,也就是说,使机器人的作用力位于机器人的 B臂上,因此在车体成水平状态时,配重块M(电气盒)所处的位置为式中：ha,hb是手臂 A和 B的长度,由式(3)计算出 x.但是接下来的动作是机器人越障,它需要一只手臂悬挂在架空地线上,另一只手臂脱线翻越障碍,然后再上线.在这一过程中脱线的手臂移动会产生质量偏心,导致机器人倾斜.这时,就需要根据脱线 A臂的速度,动态调节配重电气盒,使得车体保持水平状态.根据车体保持水平条件,可得由式(4)可得图7 机器人平衡姿态Fig.7 Balance of inspection robo t on overhead ground wire图8 定位原理图Fig.8 Principle of reconstruction for inspection robot4.3 手臂上线定位控制前面分析机器人越障作业规划中,手臂上线的动作要求机器人手臂在翻越障碍物后能准确、迅速上线,即要求机器人手臂上的滚轮及夹爪能重新与架空地线对齐.文献 [12]介绍了采用基于激光传感器定位的方法实现了巡检机器人的自主越障控制,通过机器人搜索过程和“对中”过程在实验室能很好地完成定位动作,但现场线路运行时由于风力作用和自身姿态调整时重心的偏移会产生摆动,要经过多次的调整,延长了定位动作的时间.本文改进了定位方法提高现场环境下的动作的快速性,通过计算法辨识滚动轮和夹爪与架空导线的关系,调整手臂姿态完成机器人手臂的上线动作.如图 8所示,A臂悬挂在架空地线上,B臂脱线跨越障碍后需再上线.由图 8可看出机器人 B臂及B臂的夹爪和滚轮与架空线存在 U和 T角度的偏差,求出这两个角即可完成定位动作.具体实现方法是：机器人本体绕着 A手臂的中心线低速回转,记录手爪 B上的两个激光传感器分别触发时 A臂旋转角度即U,如图 8所示.2a表示两手臂中心点的距离;d表示两个激光传感器的中心点的距离.又由式(5)和式(6)可求解出该T转角值和前面记录的U,然后就可以调整脱线手爪,使其姿态与高压线的姿态一致,准确定位重新上线作业.5 实验结果所研制机器人能在实验室快速、稳定地翻越1∶1搭建的模拟输电线障碍,受企业委托对其进行了现场实验.本次现场实验选择了华东地区具有代表性的一段 220 kV 的高压输电线路,长约为 10 km,坡度约为15°,地线直径为 9 mm.线路两段是耐张塔,中间均为直线塔,有 9座,每个塔距之间有 4个防振锤,共有 40个防,塔距约 500 m.现场实验机器人运行正常,整个越障过程中机器人的姿态稳定,无碰撞等事故发生.作业臂在跨越障碍物后,能准确地定位线路,保障作业安全、连贯地进行.6 结论越障是巡检机器人研究的关键.经过实验室的开发到试验现场的运行,机器人经过 3方面的改善以满足现场环境运行的要求：①通过机构改进,采用双臂单侧伸降式结构,克服空间间距小的缺陷.②通过一次搜索一次计算的方法取得机器人的姿态完成定位动作,克服了在现场由于风及惯性造成的机器人多次重复辨识定位才能正确上线.③机器人姿态角调节的改善.通过实验室及现场反复运行实验,这些方法显示出良好的性能,取得了预期的效果.参考文献：[1]Sawada J,Kusumoto K,Maikawa Y,et al.A mobile robot for inspection of power transmission lines[J].IEEE Transactions on Power Delivery1991,6(1)：309-315.[2]Higuchi M,Maeda Y,Tsutani S,et al.Development of a mobile inspection robot for power transmission lines[J].Journal of the Robotics Society of Japan,1991,9(4)：457-463.[3]Aoshima S,Tsujimra T,Yabuta T.A wire mobile robot with multi-unit structure[C].IEEE/RSJ International Workshop on Intelligent Robots and A：Piscataway,N J,1989：414-421.[4]Kobayashi H,Nakamura H,Shimada T.An inspection robot for feeder cables basic structure and control[C].Proceedings of the 1991 International Conference on Industrial Electronics Control andInstrumentation.Kobe,Japan：1991： 992-995.[5]付双飞,王洪光,房立金,等.超高压输电线路巡检机器人越障控制问题的研究 [J].机器人,2005(7)：341-345.Fu Shuangfei,Wang Hongguang,Fang Lijin,et al.On obstacle-navigation control of inspection robot for the extrahigh voltage power transmission lines[J].Robot,2005(7)：341-345.(in Chinese)[6]孙翠莲,王洪光,赵明扬,等.超高压线巡检机器人移动越障机构综述 [J].机械设计与制造,2006(10)：161-163.Sun Cuilian,Wang Hongguang,Zhao Mingyang,et al. A review on the locomotion and obstacle navigation mechanism of the inspection robot for the high-voltage power line[J].MachineryDesign&Manufacture,2006(10)：161-163.(in Chinese)[7]任志斌,阮毅.基于知识库的输电线路巡检机器人的越障控制[J].计算机工程与应用,2008(3)：236-239.Ren Zhibin,Ruan Yi.Obstacle-navigation control of inspection robot for power transmission lines based onkNowledgebase[J].Computer Engineering and Applications,2008(3)：236-239.(in Chinese)[8]王志文,郭戈.移动机器人导航技术现状与展望[J].机器人,2003,25(5)：470-474.Wang Zhiwen,Guo Ge.Present situation and future development of mobile robot navigation technology[J].Robot,2003,25(5)：470-474.(in Chinese)[9]Peungsungwal S,Pungsiri B,Chamnongthai K.Autonomous robot for a power transmission line inspection[C].IEEE International Symposium on Circuits and Systems,2001：121-124.[10]高国富,罗均,谢少荣,等.智能传感器及其应用 [M].北京：化学工业出版社,2005.[11]PertersJ F,Ahn T C,Borkowskii M,et al.Obstacle classification by a line-crawlingrobot：a rough neurocomputing approach[C].Proceedings of the Third International Conference on Rough Sets and Current Trends in Computing,2002：594-601.[12]任志斌,阮毅.架空输电线路巡检机器人的空间定位方法研究[J].机床与液压,2008(3)：66-69.Ren Zhibin,Ruan Yi.Research on 3D reconstruction for overhead power line inspection robot[J].Machine Tool&Hydraulics.2008(3)：66-69.(in Chinese)。