电力巡线机器人本体设计开题报告

1. 研究目的与意义

采用高压和超高压架空电力线是长距离输配电力的主要方式，高压和超高压线路的安全运行是远距离输电的保障。

线路的运行状况、设备缺陷和沿线情况都会影响到输电线路的安全运行。

传统的巡线方法采用人工目测和飞机巡航。

2. 国内外研究现状分析

国际上对于输电线路巡检机器人技术的研究始于20世纪80年代，有代表性的研究成果包括：1988年日本东京电力公司的sawada等人研制的具有弧形手臂的光纤复合架空地线（opgw）巡检移动机器人，美国trc公司1989年研制的一台悬臂自治巡线机器人原型，1990年日本法政大学的hideo nakamura等人开发的电气列车馈电电缆巡检机器人，日本sato公司生产的单体小车结构的电力线损伤探测器以及加拿大魁北克水电研究serge等人自2000年开始研发的hq line rover巡线遥控小车等。

　　20世纪80年代末，国外一些发达国家开始对巡线机器人进行研究，对巡线机器人技术的发展有最重要影响的国家是日本和美国。

1999年，美国trc公司成功研制出了一台悬臂巡线机器人（如图3所示）。

3. 研究的基本内容与计划

1）.机械机构 巡线机器人的机械本体机构是整个系统的基础，也是目前制约巡线机器人发展的技术障碍之一，目前，巡线机器人实现在线爬行的机构可以分为步进式爬行机构和轮式爬行机构两类，步进式爬行机构通过多只手臂的交替移动完成爬行，一般用作斜拉桥缆索、管道外壁的检查维护；轮式爬行机构依靠由电机驱动的行走轮与电力线之间的摩擦，驱动机器人前进，轮式爬行机构行走平稳，速度快，有利于移动平台上线路探测仪器的可靠工作，因此，巡线机器人多采用此类爬行机构，越障机构是巡线机器人本体机构的关键技术，由于机器人悬挂在架空线上，越障时应保证机器人姿态平稳，并保持与其它导线和线塔金属部件的安全间距，因此设计难度较大，巡线机器人越障操作类似人的空中攀援行为，因此，仿生设计是解决这一难题的有效方法，一种很有前景的方案是采用多只可伸缩机械臂结构，机械臂上部为爬行驱动机构，下部通过旋转关节相互链接，遇到障碍时，机械臂之间相互配合，采用仿人攀援策略调整姿态，跨越障碍，由于采用多只多自由度机械臂，机器人可以完成更为复杂的空中姿态调整，因而可跨越各种类型的线路障碍。 2）.工作电源 要保证巡线机器人在野外大范围长时间工作，必须提供持续可靠的电源，巡线机器人功率一般为几百瓦，由于受体积和重量的限制，蓄电池组不能满足长时间供电要求，有关文献报道尝试采用小型汽油发电机为机器人供电，但汽油发电机需携带油箱，工作时受环境影响大，可靠性差，由于巡线机器人一般沿大工作电流的电力线爬行，因此，最好能直接从电力线上获取能源，即祸合供电，对采用电流互感器祸合从电力线上获取电源的设计方法在有关文献上进行了深入研究，分析了机器人所需的最大驱动力与其重量的比率、磁芯的截面积、副边线圈匝数等变量的关系，实验结果验证了方案的可行性，采用电力线祸合供电虽然解决了巡线机器人长期工作的电源问题，同时也导致机械机构及控制系统的复杂化，这是因为机器人越障时，电流互感器磁芯须从电力线上脱离，需解决磁芯分离机构控制和备用电源切换技术。 3）.导航及定位技术 导航就是规划巡线机器人的行走路径，包括全局路径规划和局部越障规划等，巡线机器人沿架空电力线路爬行，要跨越防震锤悬垂绝缘子、线夹、杆塔等障碍，行走环境介于结构化和非结构化环境之间，因此导航问题主要为局部越障规划，局部越障规划就是利用环境传感器（如超声传感器、激光测距仪、视觉传感器等）提供机器人周围的局部环境信息，产生下一时刻机器人位姿信息，由于巡线机器人对环境中障碍物反射面较小，基于CCD摄像机的视觉传感器更适合作为巡线机器人的环境传感器，另外，悬挂在导线上的机器人，由于风力作用和自身姿态调整时中心的偏移会产生摆动，加大了越障控制难度，实时确定巡线机器人在作业环境中所处的位置，即机器人定位，对于准确标识线路故障点的位置至关重要，一种方案是采用里程计的相对定位技术，但累积误差较大；另外，在经过的杆塔上贴上路标，也可以解决定位问题。 4）.通讯技术 通讯模块完成基站和巡线机器人之间的双向数据传输，包括来自机器人的实时视频图像、线路探测传感器数据、机器人位姿状态和由地面基站发出的各种遥控命令等，要求具有带宽高、距离远、抗干扰能力强等特点。 5）.运动控制技术 运动控制是20世纪90年代在国际上兴起的一个多学科交叉的研究领域，它主要以含有快速电机运动的执行机构为基础，结合现代电力电机技术、控制理论与技术、计算机技术、传感器技术等进行全新的控制系统的设计以达到运动控制所要求的高速、高精度的要求。 6）.路径规划技术 该技术是机器人研究领域中的一个重要组成部分，有传统规划法、智能规划法和几何规划法。

第一周第二周 撰写开题报告第三周第七周 查找资料熟悉设计内容，设计各机械结构并画图第八周第十二周 进一步完善设计图并撰写毕业论文第十三周第十六周 修改毕业论文并准备答辩

4. 研究创新点

随着不断增加的电力需求，电力公司正面临着更高供电可靠性要求和激烈的市场竞争，以可靠性为中心的精确维护策略RCM（Reliability Centered Maintenance）因能保证电力设施工作寿命最大化，已成为共识，对电力设施早期潜在故障的准确发现和正确评估，是成功实现上述策略的关键，巡线机器人应运而生，因而具有广阔的应用前景。