输电线路巡线机器人控制方法及实现

文章编号： （ ） １ ６ ７ ２ ３ ９ ６ １ ２ ０ ０ ７ ０ ６ ０ ０ ３ １ ０ ５
１ １ ０ ｋ Ｖ输电线路巡线机器人控制方法及实现
， ， ２ ２ 周风余１ ，吴爱国１，李贻斌１ （ 天津大学 １ ． 电气与自动化工程学院，天津 ； ２ 山东大学 ３ ０ ０ ０ ７ ２ ． 控制学院， 山东 济南 ） ２ ５ ０ ０ ６ １
第３ 卷 第６ 期 ７ Ｖ ｏ ｌ ． ３ ７ Ｎ ｏ ． ６
山 东 大 学 学 报 （ 工 学 版） ） Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＳ Ｈ Ａ Ｎ Ｄ Ｏ Ｎ ＧＵ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ（ Ｅ Ｎ Ｇ Ｉ Ｎ Ｅ Ｅ Ｒ Ｉ Ｎ ＧＳ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ
年１ 月 ２ ０ ０ ７ ２ Ｄ ｅ ｃ ． ２ ０ ０ ７
特别是对于山区和跨越大江大河等的输电线路的巡 线存在更大的困难， 甚至有一些巡线项目， 需要拉闸 停电， 给供电部门和用户造成不必要的经济损失 ． 随着供电可靠性要求的提高， 迫切需要一种无需线 该领 路断电即能完成部分或全部监测任务的装置 ． 域的研究工作起始于上世纪末期， 最早介绍巡线机
】 １ 器人的文章发表于 １ 年【 ， 年的一篇文章介 ９ ９ １ ２ ０ ０ ３
可靠性至关重要 ． 目前， 由于还未研制出能较好的
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０ 引言
电力输电线定期的巡线对确保供电的安全性和
收稿日期： ２ ０ ０ ７ ０ ６ ２ ９ 基金项目： 国家 ８ 计划（ ） 资助项目用 ． ６ ３ ２ ０ ０ ２ Ａ Ａ ４ ２ ０ １ １ ０ ４
完成巡线任务的移动机器人， 高压电力传输线的监 测均由 人 工 完 成 ．人 工 巡 线 方 法 工 作 量 大， 条件 艰苦， 并且巡线工人时刻面临着难以预料的危险 ．
１ 巡线机器人机械及控制系统结构
１ ． １ 机械结构 通过认真研究 １ 分析巡 １ ０ ｋ Ｖ输电线路的特点， 线机器人对机械结构的要求， 研制出的巡线机器人 的基本结构如图 １所示 ． 主要由五大部分组成： 驱 动装置、 刹车制动装置、 柔性臂、 手掌开合装置、 整体 式电源箱和控制箱 ． 该机器人用于 １ １ ０ ｋ Ｖ输电线路 的巡线， 导线类型 Ｌ ； 为满足机器人对灵活性 Ｇ Ｊ １ ８ ５ 的要 求， 共设计了 １ 机器人长度 ６个 运 动 关 节； ， 质量 ３ ， 最大爬坡能力 ６ １ ． ２ ｍ ５ ｋ ｇ ０ ° ． 驱动轮设计成中间分离式， 使其在跨越线夹、 悬 垂及跳线时能够打开， 实现跨越 ． 驱动轮支撑架采 用中空设计， 使机器人遇到防震锤时， 可直接越过， 柔性臂采用“ 两重四 大大提高了机器人巡线速度 ． 连杆机构” ， 保证了大臂和小臂俯仰时， 手掌的姿态 不变， 使关节控制更简单、 灵活 ．
摘要： 首先对巡线机器人的控制系统进行了简单介绍， 然后重点阐述了一种新型的基于分布式专家系统的高压架 空输电线路自动巡线机器人的控制方法和实时实现 ． 提出了一种基于规则和证据的可信度的分布式专家系统的 采用 Ｃ ， 在线运行实验表明， 该控制方法不仅可以控 协调算法 ． Ｌ Ｉ Ｐ Ｓ Ｃ和 Ｖ Ｃ ＋ ＋等计算机语言实现了该控制方法 ． 制机器人自主跨越输电线路上的各种典型障碍， 而且对于特别复杂的环境， 如跨越转弯跳线时， 通过两个专家系 统的协作， 机器人的巡线工作也能顺利进行 ． 关键词： 电力传输线； 巡线； 机器人； 专家系统 中图分类号：Ｔ Ｐ ２ ４ 文献标志码：Ａ
作者简介： 周风余（ ） ， 男， 山东沂南人， 副教授， 博士研究生， 研究方向为特种机器人、 智能机器人的研究、 开发和利用 ． １ ９ ６ ９ ：ｚ Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ｈ ｏ ｕ ｆ ｅ ｎ ｇ ｙ ｕ ＠ｓ ｄ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
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第３ 卷 ７
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绍了一台用于架空输电线上装卸航空器报警装置的
】 ２ 机器人【 ， 此外还有一些文章对移动机器人导航方 】 ３ 面的算法进行了介绍【 然而， 这些监测装置只能 ．
１ 检测装置 ５ 制动装置
２ 驱动装置 ３ 柔性臂 ４ 输电线 ６ 控制箱 ７ 手掌开合装置
在无障碍物的传输线上运动， 监测故障 ． 一旦遇到 障碍物， 它必须停止监测， 并返回原来的杆塔 ． ２ ０ ０ ２ 年国家 ８ 计划资助三家单位分别对 ５ ， ６ ３ ０ ０ ｋ Ｖ ２ ２ ０ ｋ Ｖ 和１ １ ０ ｋ Ｖ架空输电线路自动巡检机器人进行研究， 沈阳自动化所王洪光等人开展 ５ ０ ０ｋ Ｖ输电线路机 输电 器人的开发， 武汉大学武功平等人开展 ２ ２ ０ ｋ Ｖ 线路机 器 人 的 开 发， 我们负责研制一种能运行在 该机器人在 １ １ ０ ｋ Ｖ架空输电相线上的移动机器人 ． 控制系统的控制下， 不仅能在杆塔之间相线上自主 快速的行走， 而且还能灵活的跨越诸如防震锤、 耐张 线夹、 悬垂线夹、 跳线、 转弯等各种障碍 ． 机器人上 面安装有摄像机， 检测到的图像信号通过无线通讯 系统传回地面工作站 ． 机器人所有的动作受控于基 通过进一步提高该机器人的 于专家系统的控制器 ． 可靠性， 使之符合市场化的要求， 代替人工巡线， 将 会有效降低高压线路的运行维护费用， 提高巡线作 业的效率， 最大程度的保证线路质量 ．
图 ２ 机器人控制系统结构框图 Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｂ ｌ ｏ ｃ ｋｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
上层的作用是接收机器人发出的实时图像， 进 行线路的故障分析， 对机器人实施监视和远程控制 ． 中间层主要负责任务的分解和行为的协调， 在遥控 方式时， 它接收上层发出的控制命令， 将其解释为各 个电动机的运动序列， 发送给下层微控制器； 在自动
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图 １ 巡线机器人的基本结构 Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｇ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｒ ｏ ｂ ｏ ｔ
１ ． ２ 机器人控制系统 巡线机器人控制系统的性能指标： · 能自主运行 · 一次巡线距离 不小于 ５ ｋ ｍ · 平均巡线速度不小于 １ ． ５ ｋ ｍ ? ｈ ·能采集与基本巡线内容相关的图像， 并能动 态远传， 传输距离不小于 ２ ． ５ ｋ ｍ · 可靠接收地面基站的遥控命令 · 耐压、 电磁兼容等指标符合国家标准 · 自动越过杆塔检测输电线 为实现上述目标， 设计出了具有三层结构的机 器人控制系统， 如图 ２ 所示 ． 这三层结构分别是： ） 位于地面基站的管理层（ 上层） ； １ ） 机器人控制和规划层（ 中间层） ； ２ ） 运动命令的执行层（ 下层） ３ ．