[發(fā)明專利]基于現(xiàn)場總線的雙臂巡線機器人控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810246747.X
• 申請日: 2008-12-30
• 公開（公告）號: CN101770221A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設計）人: 李恩;梁自澤;譚民;楊國棟;范長春
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414;G05D1/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發(fā)明基于現(xiàn)場總線的雙臂巡線機器人控制系統(tǒng)，涉及先進機器人制 造技術領域，是在高壓輸電線路線上作業(yè)中使用的巡檢系統(tǒng)的自動控制系 統(tǒng)。利用分布式硬件結構組成整個機器人的控制系統(tǒng)，形成了適用于高壓 輸電線路線上巡檢、除冰等一系列作業(yè)的先進機器人控制系統(tǒng)。

背景技術

高壓輸電線路作為電力輸送的主要方式，是國民經濟的大動脈，其 安全可靠的運行是社會生產和人民生活的重要保障。但是，輸電線路長 期暴露在日曬、雨淋、大風等惡劣氣候條件下，極易發(fā)生斷股、銹蝕、 脫線等損傷，在某些天氣條件下，如雨雪冰凍等，甚至可能由于線路結 冰太厚造成輸電線路斷裂，直接影響電力的輸送。因此，電力公司需要 經常對輸電線路及其設備進行檢查，發(fā)現(xiàn)并修復缺陷，清除結冰，以保 證可靠的電力輸送。

目前，這些工作基本靠人工來完成，這樣工作效率低下，且工作環(huán) 境險惡，很難保證工人的人身安全。隨著機器人技術，人工智能和現(xiàn)代 機械設計的不斷發(fā)展，設計一種可以代替人進行輸電線路巡檢和除冰的 自動化裝置有了可能。巡線機器人就是以此為出發(fā)點而設計的一款自動 化裝置。通過加裝不同的功能模塊，巡線機器人可以代替人工完成線路 巡檢和除冰等工作，從而減輕工人勞動強度，降低工作風險，提高工作 效率，保證輸電線路穩(wěn)定可靠的運行。目前，國際上巡線機器人研究現(xiàn) 狀如下：

日本Tokyo?Electric?Power公司的Sawada等人研制了用于檢測光纖復 合架空線路的自主移動機器人，實際運行時安裝在地線上，能跨越障礙 物。當它碰到障礙物時，打開自身攜帶的弧形臂，臂的兩端握住障礙物 的兩側，構成一個導軌，本體順著導軌滑過障礙物。跨越過障礙物后， 自動將弧形臂折疊起來，收在本體的下方。機器人裝有自行研制的驅動 設備，具有自驅動能力。

日本法政大學的Hideo?Nakamura等開發(fā)了電氣列車饋電電纜巡線機 器人，采用多關節(jié)小車結構和“頭部決策，尾部跟隨”的仿生控制體系， 能跨越分支線、絕緣子等障礙物。機器人由六對左右對稱、相互聯(lián)結的 小車組成，每個單體小車有兩個電機，左右小車采用磁鎖系統(tǒng)聯(lián)結。當 機器人遇到障礙物時，每對小車順次將磁鎖打開，機器人再改變兩側旋 轉關節(jié)的關節(jié)角，使左右小車分開；小車依次通過障礙物后，控制兩側 旋轉關節(jié)使左右小車合攏，磁鎖再次鎖緊，機器人恢復正常行走狀態(tài)。

日本靜岡大學的Tsujimura等人開發(fā)了一種架空通訊線纜巡線機器人。 機器人設計成四臂仿生式結構，四只手臂分為前后兩組，各自鉸接在一 起，分別固定在前后兩個盤型連接器上，并通過皮帶傳動與電機相連。 在運行時，由電機帶動盤型連接器轉動，每組手臂由于相互鉸接的作用， 其末端的就會產生弧形運動，在線纜上形成四臂交替行走的動作，從而 實現(xiàn)機器人行走和障礙跨越。但這種機器人只能跨越等間距排列的障礙， 對于不規(guī)則障礙和桿塔是無法跨越的。

美國TRC公司研制了一臺懸臂自治巡線機器人，它采用三臂懸掛結 構，能沿架空導線長距離爬行，執(zhí)行電暈損耗、絕緣子、結合點、壓接 頭等視覺檢查任務，對探測到的線路故障數(shù)據(jù)預處理后，傳送給地面人 員。當機器人遇到桿塔時，利用手臂采用仿人攀援的方法從側面越過桿 塔。

武漢大學吳功平等研制了220kV單分裂導線雙臂巡線機器人。該機器 人結構緊湊，重量輕，采用絲杠連接兩只手臂與本體，越障時通過絲杠 聯(lián)動實現(xiàn)兩只手臂的交互滑移異位，再通過轉動副越過障礙物。機器人 具有較好的抱卡機構，在一只手臂越障時，可利用電力線的局部剛性， 維持機器人本體的位姿不發(fā)生大的變化，進而保證各種動作的順利完成。

中國科學院沈陽自動化研究所研制了沿500kV地線巡檢機器人，機器 人采用小車式結構，可以在兩塔檔間自主行走，不能跨越桿塔障礙物。 利用分布式專家系統(tǒng)構建機器人控制系統(tǒng)，實現(xiàn)機器人運行的智能化。 利用攜帶的攝像機或紅外熱像儀等檢測裝置，可以檢測輸電線、防震錘、 絕緣子和桿塔等輸電設備的損傷情況。實現(xiàn)了機器人和地面基站遠程通 訊，基站對機器人運行狀態(tài)的遠程控制。

發(fā)明內容