对电缆隧道运行中巡检机器人技术的研究

对电缆隧道运行中巡检机器人技术的研究

作者：李佰国

来源：《中国新通信》2016年第23期

【摘要】电缆隧道中运行环境复杂，人工巡检不仅工作量大、工作效果不理想，容易造成人员伤亡事故。鉴于此，在电缆隧道巡检工作过程中开始使用机器人，工作人员借助于机器人开展巡检工作，有效提高了工作效率，保障了工作人员的生命安全。本文对电缆隧道中巡检机器人关键技术进行研究，旨在不断提高巡检机器人制造水平。

【关键词】电缆隧道巡检机器人技术

引言：

当前，电缆隧道中主要故障有：渗水、电缆老化、线缆腐蚀破损、电缆自燃等现象，开展机器人电缆隧道巡检，能够快速确定故障位置，及时消除电缆故障，在减少电缆火灾发生的同时，还能够确保电能的可靠输出，避免操作人员受到伤害，此外，巡检机器人的应用还能够提高输电安全检测的自动化程度。考虑到电缆隧道的特点，加大电缆隧道巡检机器人的研制具有重要意义，要开发出一种操作方便、灵活型强、安全可靠的机器人，从而有效扩大巡检范围，确保电能输送的可靠性。

一、巡检机器人应用现状及发展分析

具研究得知，于上世纪60年代末期，斯坦福研究院研制出自动化移动机器人，随着机器人技术的发展，电力巡检机器人诞生，可进行手动操控在< 1米的空间范围内工作，工作深度达200米。隧道巡检机器人的使用，简化隧道内巡检工作流程。隧道巡检机器人集多种传感手段为一体，比如：超声波传感与摄像头的协同，险道内壁探伤，平台轮式移动模式，人工控制机器人远程修复隧道内壁损伤。国内对电缆隧道巡检机器人的研究起步较晚，主要研究方向是改进现有机器人，提出科学的改进方案，或者是对机器人的搭载功能进行拓展。

在机器人设计与开发高速发展的背景下，隧道巡检机器人的自动巡检功能却一直没有得到有效完善。隧道巡检机器人发展至今，采用的依然是手动控制方式，无法将人类取而代之，出现这种现象的原因是隧道巡检机器人的关键技术没有突破性进展，比如：机器人运动方式、通讯和定位技术等。

二、巡检机器人待解决关键技术的评价

1、机械结构。隧道巡检机器人在地下电缆隧道工作，可能会遇到很多障碍物，比如：碎石块和小土堆等，这就要求机器人必须具有良好的行走机构和越障机构。此外，为了能够借助于机器人有效掌握隧道电缆的运行状况，需要在机器人身上配置可控云台以及红外成像设备。

2、导航与定位技术。隧道巡检机器人要想提高智能化程度，必须提高机器人的自主导航功能，同时也是机器人需要具备的基本功能。隧道巡检机器人通过自身的自主导航功能，能够科学规划行走路径，比如：全局路径规划和越障路径规划。机器人行走于复杂的电缆隧道中，需要跨越一些碎石块、小土堆等，因此，机器人还需要能够完成局部越障路径规划。无论是全局路径规划，还是越障路径规划，都需要借助于自主导航功能，借助各种传感器，比如：超声传感器、红外传感器和视觉传感器等，对机器人周围环境信息自动成像，帮助机器人确定下一步的位置，此外，视觉传感器的有效应用可以提高探索范围和精度。

3、通讯技术。隧道巡检机器人与上位机实现通讯的桥梁是通讯模块，主要作用是在两者之间进行数据传输，上位机与机器人通讯示意图如图-1所示。上位机要想控制机器人必须向机器人发送遥控指令，比如：行走指令、图像采集指令和定位拍照指令等，之后机器人将按照上位机的指令有目的的获取实时视频图像、电缆运行红外图、自身方位等，然后，将这些信息传输给上位机。因此，在两者之间通讯过程中要确保通讯流畅，设备宽带信息传输速度要快，有科学的抗干扰设计，能够进行远距离通讯。

4、线路检查与故障定位。隧道巡检机器人在复杂的隧道电缆环境中行走，跨越各种碎石块、小土堆是常见的经历，也是完成各种巡检任务的保障。在线路巡检过程中，常使用视觉检查和红外探测技术，红外探测技术主要应用于监测电缆是否出现断股、接头是否出现松动现象，这是视觉检查难以完成的；视觉检查要借助于高分辨率摄像机来完成，并且要将图像实施传输至上位机，供操作人员科学判断电缆外观的损坏情况。

结论：综上所述，我国隧道电缆巡检机器人技术还处于发展阶段，还有很多需要解决的关键技术，这些关键技术制约着机器人发展水平的提高，需要加以解决，随着社会的进步，科学技术的提高，研发人员的努力，各种困难的攻克，隧道电缆机器人工作性能及技术水平，会得到大幅度提高。

参考文献

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