高压线路自动巡检技术的研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

高压输电线路是电力系统的重要设施，担负着输送电力的重任，是国家基础设施建设和社会发展的“动脉”，起着极其重要的作用。由于高压线常是裸露的金属导线，长年累月暴露在外界环境中，经受自然环境以及人为的各种侵害，易造成各种故障，如不及时发现和消除，将对电力系统造成危害。为了保证输电线路安全、稳定地运行，需要对输电线路进行定期的巡检。对高压输电线路传统的巡检方式有飞机巡检、车辆巡检和人工巡检。飞机巡检是指检测人员在直升飞机上利用望远镜或其它检测工具对线路进行巡查。飞机巡检一般安排在晴朗、能见度较好的天气条件下进行。由于直升飞机飞行速度的影响，线路从巡检人员的视野中快速经过，且巡检时一般要求直升飞机靠近高压线路飞行，因此这种巡检方式对巡检人员和飞行员的技术要求都较高。此外，飞机巡检易受气候变化、航空管制等影响，并且运行成本高，危险性大，因此难以得到推广。车辆巡检是指在车辆等地面交通工具的配合下，巡检人员携带各种检测设备对线路进行巡查。这种检测方法机动性较好，成本也较飞机巡检低，在条件允许下，还可利用车辆承载能力强的特点，额外携带检修工具，根据需要就地开展检修。这种巡检方法的缺点是需要地面道路的支持，受地形的限制，在高山、丛林或沼泽等地理条件复杂的区域，车辆无法到达，巡检工作无法开展。人工巡检是指巡检人员自身携带检测设备，沿线路行走，对线路开展巡查。但是输电线路分布广泛，巡检工人徒步完成作业任务，需要翻山越岭，劳动强度大，危险性高，巡检效率和准确度较低，可靠性差，且巡检结果受人为因素影响大，管理和监督存在着缺陷。

国外巡检机器人的研究始于20世纪80年代末，日本、美国、加拿大、泰国的一些研究机构先后开展了巡检机器人的研究。他们研制的巡检机器人可以分为两类：一类是具有翻越障碍物功能，但结构尺寸大、重量大，因而实用性差，并大多仍处在实验室研制阶段；另一类则只能在两杆塔间的线段上巡检，不具备翻越障碍物功能，因而其巡检作业范围受到极大限制。东京电力公司的sawada等人研制了光纤复合架空地线（opgw）巡检移动机器人。该机器人利用一对驱动轮和一对夹持轮沿地线爬行，能翻越地线上防振锤。遇到杆塔时，机器人采用仿人攀援机理，先展开携带的弧形手臂，手臂两端勾住杆塔两侧的地线，构成一个导轨，然后机器人顺着导轨滑到线塔的另一侧，然后将弧形手臂折叠收起，以备下次使用。该机器人的缺点是自身的重量过重(100kg），结构尺寸较大，此外限于当时的技术条件，该机器人是将探测数据记录到磁带上，存储量有限，巡检完一定距离线路后就需要读出数据，实际应用受到限制。1989年，日本ntt公司的shinichi aoshima等人研制了一种由多个独立单元组成的机器人。该机器人采用多关节小车结构和“头部决策,尾部跟随”的仿生控制方式，由六个具有升降臂和滚轮的单元组成，每个单元之间由转动关节联结，整个机器人类似一个蛇形机构，如图1.4所示。通过安装在机器人本体上的传感器，该机器人能感知周边的环境，自主翻越其行进路径（线路）上的各种障碍物，并能在具有分叉点等较为复杂的线路上运动。该机器人本体的缺点是驱动关节较多，能耗大且控制复杂。

加拿大魁北克水电研究院的serge montambault等人2000年开始研制的hqlinerover巡检机器人。该机器人起初用于清除输电线上的积冰，逐渐发展为用于线路巡检、维护等多用途移动平台，机器人在架空线路上主要以爬行的方式运动，携带相关设备可以执行电晕损耗检查和绝缘子、压接头等视觉检查的任务，将探测到的故障数据经预处理后传送给地面。当该机器人遇到障碍时，采用手臂攀援的方法越过障碍。

2002年，巴西米纳斯联邦大学的mario f m campos等人研制的多功能巡检机器人。该机器人通过安装不同的设备，能实现线路巡检或在线路上安装、移除航空预警球等多种功能。但机器人不具有越障功能，只能在两塔间的线路上作业。

2001年，s.peungsungwal等人设计了一台能够自给电的巡检机器人，采用电流互感原理，该样机可从电力线路上直接获取电源，这一技术有效的解决了巡检机器人动力能源的问题，此外，还初步实现了利用图像判断线路上障碍物的视觉导航技术，但该机器人同样具有越障能力较弱的缺点，只能在两塔之间的线路上工作，应用范围也有限。

2008年日本科学家paulo debenest，michele guarnieri，kensuke takita等人设计了expliner巡检机器人。机器人通过手臂与控制箱的滑杆滑动实现越障，机器人体积较大，动作时能量损耗较多。

相比于国外，国内对巡检机器人的研究起步相对较晚，开展相关研究的机构也不多，主要集中在中国科学院自动化研究所、山东大学、武汉大学等高校和科研院所。中国科学院自动化研究所、山东大学所研制的机器人采用了三臂结构，能在线路上行进，并可自主翻越线路上防振锤等障碍物，但机器人机构重，耗能多，作业控制复杂。武汉大学设计的机器人采用了双臂结构，可利用臂上的滚轮在线路上移动，并具有一定的越障作业的能力，两种设计方案都以输电导线作为机器人的作业路径，输电导线上相对复杂的环境给机器人的作业控制带来了困难。与选取地线为作业路径的机器人设计方案相比，输电导线的作业模式主要问题是：(1)机器人悬挂在导线上时，处于带电作业状态，危险性高；(2)检测范围小、视野窄；(3)导线的悬垂弧度一般大于地线，机器人在导线上运行时更耗时耗能；(4)机器人在导线上运行，极易损伤线路；(5)相比于地线，导线上的温度较高，一些线路故障段的温度可达100℃以上高温，机器人长期处于高温区，会影响机体和电子设备的正常工作；(6)突遇雷电时，导线上运行的机器人容易产生放电现象，影响机器人的安全；(7)地线为非输电线路，机器人在地线上作业更加安全。选择以地线作为作业线路的巡检机器人难以象在导线上那样获取线路上的电能，为保证机器人的作业时间，对电池的电量要求相应提高，但同时也避免了取电装置所造成的机器人本体机构的复杂性。各方面比较表明地线更适合作为机器人的作业线路。

2. 研究的基本内容与方案

研究（设计）的基本内容:

1．查阅相关文献，不少于15篇，其中英文至少3篇；翻译相关外文资料英文字符不少于15000个。了解高压线路自动巡检技术的发展经历及趋势，认真撰写开题报告。 2．比较高压线路自动巡检技术的各种方案，设计出高压线路自动巡检技术原理图。 3．编写系统软件。 4．撰写论文。论文正文字数不少于15000字。设计图纸不少于3张。

研究的基本目标:

3. 研究计划与安排

3.2-3.12 修改、完善开题报告，技术方案要详细具体、明确无误3.13-3.20 完成并上传开题报告内容，格式规范，无错字、别字3.21-3.26 根据技术方案，搜集资料并理解相应理论，了解前沿技术知识3.27-4.6 根据理论，搭建模块进行仿真4.7-4.27 对仿真结果进行具体分析，提出改进思路和办法4.28-5.4 撰写毕业设计论文目录，需要获得指导老师认可5.5-5.17 根据论文目录撰写正文，内容层次清楚，格式规范，修改、完善论文5.18-5.24 上传论文5.25-6.2 打印论文，准备答辩

4. 参考文献（12篇以上）

[2]庄晓东,孟庆春,高云等.复杂环境中基于人工势场优化算法的最优路径规划[j].机器人, 2003, 25(6):531-535.

[3]tanaka s, maruyama y, yano k, etal. work automation with the hot line work robot system “phase ii”[c]. international conference on robotics and automation, 1996(4):12-13.

[4]higuchi m, maeda y, tsutani s, etal. development of a mobile inspection robot for power transmission lines[j]. journal of the robotics society of japan, 1991, 9(4): 457-463.