配网带电作业机器人调研分析报告

配网带电作业机器人调研分析报告
目录
一、行业现状
二、行业发展
三、技术进步
四、国外情况
五、国内情况
六、现有工作
七、工作设想
架空线路长度（km ）
2166
1948
1588
1325
1159
969
255213
157104
67
9
500
1000
1500
2000
2500
1000
2000
3000
4000
50006000越秀荔湾海珠天河黄埔白云南沙番禺花都增城从化
增城从化花都南沙白云番禺萝岗海珠天河黄埔荔湾越秀
电缆架空线
架空线路长度占比
广州供电局10kV 配电线路电缆化率已达71%，仍有长达9800km 的10kV 架空配电线路，老城区中还有大量的老式变压器台架，配网带电作业工作仍将长期存在并开展下去
故障停电时
间33%
计划停电时
间
67%
某地区年停电时间4.73分钟中，计划停电时间占3.5分钟，故障停电时间占1.23分钟
项目架空线电缆配变断路器上级电源侧设备计划检修概率 2.06次/百公里年0.58次/百公里年0.1次/百台年0.27次/百台年0次/百台年平均计划检修时间
5.83小时/次
8.39小时/次
2.99小时/次
6.01小时/次
0小时/次
设备故障发生概率17.6519次/百公里年 3.0371次/百公里年 1.3809次/百台年0.5602次/百台年0.125次/百台年平均故障修复时间
3.2616小时/次
3.9384小时/次
1.4957小时/次
4.2772小时/次
8小时/次
•优化网络结构•提高供电能力•增强负荷转移能力•缩小停运影响范围
网架改造配电自动化
•实时监视和控制•快速故障定位•自动网络重构•智能分析和管理
•设备标准化•不停电作业•状态检修•一体化抢修
综合管理
配电带电作业是提高供电可靠性的直接手段，可以最大程度减少停电时间，提升供电可靠性，但是配电带电作业具有一定危险性，劳动强度高，对作业人员需要专业的技能要求目前带电作业主要仍是人工操作，虽然现有各项技术和措施已经能够保证配网带电作业是一项安全的工作，但是，在高空和强电场条件下进行的作业始终具有一定的安全风险如何进一步保障作业人员安全，减轻劳动强度，提高工作效率，是未来配网带电作业技术继续发展的要求
◼
更广泛的作业面◼更多的作业项目◼更安全的作业手段
◼
更高效的作业方法
广州是华南政治、经济、文化的中心，城市定位决定了广州需要
一个可靠、高效的电网，通过推广开展配网带电作业，不仅提高了供电可靠性和客户满意度，也为企业带来可观的经济效益和社会效益，自2008年7月11日，广州供电局首次开展配网带电作业以来，配网带电作业的规模和能力稳步提升，广州供电局年度配网带电作业次数突破10000次
◼
作业装备的环境适应性◼
作业装备和技术的全面性
◼
需要作业装备提供更高的安全性◼
先进的作业装备减小作业劳动强度
技术进步
目录
一、行业现状
二、行业发展
三、技术进步
四、国外情况
五、国内情况
六、现有工作
七、工作设想
发展历程
从国内外带电作业的发展来看，配电系统的带电作业技术发展可以分为3个阶段:
绝缘手套阶段绝缘工具
技术阶段绝缘斗臂车技术阶段
操作工人通过绝缘手套、绝缘服、绝缘鞋直接登高对带电设备进行带电作业。

由于这种作业方式危险性较大,有的国家已不再采用操作人员通过绝缘工具
间接进行带电作业,如
利用环氧树脂玻璃布管
作成的绝缘工具（如绝
缘杆）进行带电作业。

这种作业方式需要操作
人员具有很熟练的操作
技巧,而且工作时必须
一直仰脸向上看,并且
又是高空作业,因此劳
动强度大
操作人员借助于绝缘
斗臂车进行带电作业,
与上述两个阶段相比,
作业方式有了较大的
进步,减轻了工人登高
的劳动强度,增大了绝
缘防护力度
绝缘斗臂车的应用是配网带电作业的第一次机械化的革命
提供了绝缘保证提供了稳固的作业平台提供了灵活的活动空间
提供身体支撑
降低精神负担
目前全世界绝缘斗臂车研发、生产主要集中在欧洲、北美、日本等国家，合计产量占全球总产量90%以上
2013年美国绝缘斗臂车产量为8618辆，占全球总产量的43.7%；日本产量为2241辆，占比为11.4%；欧洲数量为7360辆，占比为37.3%从世界范围看，配电网络的架空线路占比还是占主流，美、日、欧等发达国家带电作业开展非常普遍，已经普及到广大农村电网
年份美国日本欧洲其他地区
20097157121567731400
20107420128369751494
20117332135071501663
20128343185173791487
20138618224173601499
目前，我国的配网带电作业绝缘斗臂车用户主要集中在发达地区的城市，总体普及率一般，北京、上海、广州等地的电力公司拥有的绝缘斗臂车数量较多
2013年国内绝缘斗臂车的销量为181台
2014年中国绝缘斗臂车（高空带电作业车）产量达200台，较2013 年同期增长26.58%
400
300
200
100
2014年2015年2016年2017年2018年2019年
需求现状
配电系统的带电作业技术发展将进入第4各阶段——机器人阶段
绝缘手套阶段绝缘工具
技术阶段
绝缘斗臂车
技术阶段
机器人技术
阶段
操作工人通过绝缘手套、绝缘服、绝缘鞋直接登高对带电设备进行带电作业。

由于这种作业方式危险性较大,有的国家已不再采用操作人员通过
绝缘工具间接
进行带电作业,
如利用环氧树
脂玻璃布管作
成的绝缘工具
（如绝缘杆）
进行带电作
业。

操作人员借助于
绝缘斗臂车进行
带电作业,与上
述两个阶段相
比,作业方式有
了较大的进步,
减轻了工人登高
的劳动强度,增
大了绝缘防护力
度
利用机器人辅助
或代替人进行带
电作业,不仅保
证了操作人员的
人身安全,而且
大大降低了劳动
强度、提高劳动
效率和操作的规
范性,还可以做
到全天候带电作
业
目录
一、行业现状
二、行业发展
三、技术进步
四、国外情况
五、国内情况
六、现有工作
七、工作设想
纵观国外配网带电作业机器人的发展，可以将其分为三代：
第一代，主从控制式。

这也是国外正在广泛使用的形式，以日本为代表，采取主从控制，有两个作业机械臂，工作人员在高空的工作室中，通过控制手柄或主手对机器人的作业进行控制的形式
第二代，半自主式。

操作人员在地面控制机械手作业，应用了一些视觉、激光测距等传感器，能识别作业目标的大体位置，通过人机交互来精确定位，不能识别较为复杂的环境
第三代，全自主式。

目前尚未研制出样机，具有较高的智能，具有对环境的三维识别、自身控制以及自主作业决策的功能，这种全自主的机器人研制尚需一定的时日
其中，日本第一代高空带电作业车和日本第二代高空带电作业车已经广泛投入应用
三、技术进步
日本
✓作业人员位于移动车体的主控制室内主从操作
✓交流伺服电机，自重85kg ，持重20kg ✓具有机器视觉系统、自动换工具装置、人机交互界面和语言识别能力
许多国家都先后开展了配网带电作业机器人的研究，如日本、西班牙、美国、加拿大、意大利等国家先后开展了对配网带电作业机器人的研究
西班牙
✓作业人员在绝缘斗内以主从方式操作机械臂✓液压驱动，最大水平持重45kg ，最大垂直持重82kg ，自重59kg
✓操作者可通过语音控制三自由度全景摄像机移动，并佩戴立体眼镜来增强现场感
加拿大
✓作业人员在绝缘斗内以主从控制的方式操作
机械臂
✓液压驱动，最大水平持重45kg ，最大垂直持重82kg ，自重59kg ✓人眼观察，手动更换工具；
国外发展
三、技术进步
✓采用两台MOTOMAN 机械臂，操作人员通过键盘控制机械臂运动
2004年
1999年
2011年
✓采用两台自主研发的电机机械臂，控制系统采用主从控制方式
✓集成国外液压机械臂，自重轻，持重大。

可以实现带电作业机器人现场应用
问题
1.自己研发的机械臂没有实际应用，
应用的是国外的机械臂
2.人还在绝缘斗里，仍然有安全隐患
3.机器人智能化水平低，作业覆盖面小，不能满足电力行业需求
国内发展
目录
一、行业现状
二、行业发展
三、技术进步
四、国外情况
五、国内情况
六、现有工作
七、工作设想
四、国外情况
在日本,九州电力公司和安川机器人公司合作于1984年开始了配网高压带电作业机器人的研究。

到目前为止, 日本的配网高空高压带电作业机器人研究已经进入第三代
性能指标第一代第二代操作人员绝缘斗内汽车底盘控制室控制方式主从控制半自主控制
操作装置主手操作杆触摸屏机械臂数量、自
由度2、62、7机械臂质量110kg/臂85kg/臂机械臂定位精度0.3mm 0.3mm 机械臂荷载
20kg 20kg 机械臂驱动方式
伺服电机或液压
伺服电机辅助臂无一个3自由度辅助
臂
工具交换方式人工交换自动交换末端位置精度
0.3mm
0.3mm
作业机械臂有液压驱动和伺服电极驱动两种类型,可以达到的额定绝缘要求是:在雨天等任何情况下满足6kV;在干燥的情况下满足22kV 的带电作业要求
在日本,九州电力公司和安川机器人公司合作于1984年开始了配网高压带电作业机器人的研究。

到目前为止, 日本的配网高空高压带电作业机器人研究已经进入第三代
第一代带电作业机器人
在日本,九州电力公司和安川机器人公司合作于1984年开始了配网高压带电作业机器人的研究。

到目前为止, 日本的配网高空高压带电作业机器人研究已经进入第三代
第一代带电作业机器人
在日本,九州电力公司和安川机器人公司合作于1984年开始了配网高压带电作业机器人的研究。

到目前为止, 日本的配网高空高压带电作业机器人研究已经进入第三代
第二代带电作业机器人
西班牙ROBTET研制的配网带电作业机器人
加拿大魁北克水电研制的配网带电作业机器人
目录
一、行业现状
二、行业发展
三、技术进步
四、国外情况
五、国内情况
六、现有工作
七、工作设想
山东电科院研究的配网带电作业机器人适用于10kV及以下的电压等级,具有线路的带电断线、接引、带电更换绝缘子等功能。

该样机主要由移动升降系统、作业机械臂、控制系统、主手控制装置、专用工具、绝缘防护系统等部分组成
产品代号描述存在问题
第一代采用两台MOTOMAN机械臂，操作人员
通过键盘控制机械臂运动控制系统不开放，不能实现主从控制。

第二代采用两台自主研发的电机机械臂，控制系
统采用主从控制方式自身重量大，不能适合绝缘斗臂车作业要求
第三代集成国外液压机械臂，自重轻，持重大。

可以实现带电作业机器人现场应用。

存在末端抖动、主手性能不稳定、不适于长途运输等问题。

第四代（在研）作业人员位于移动车体的主控制室内，主从控制与视觉自主控制结合，机械臂带力反馈
山东电科院研究的配网带电作业机器人适用于10kV及以下的电压等级,具有线路的带电断线、接引、带电更换绝缘子等功能。

该样机主要由移动升降系统、作业机械臂、控制系统、主手控制装置、专用工具、绝缘防护系统等部分组成
配网带电作业机器人电动工具配网带电作业机器人操作视频
山东电科院研究的配网带电作业机器人适用于10kV及以下的电压等级,具有线路的带电断线、接引、带电更换绝缘子等功能。

该样机主要由移动升降系统、作业机械臂、控制系统、主手控制装置、专用工具、绝缘防护系统等部分组成
南方电网凯里供电局也引进了一套该型设备
1、机器人+加人+作业材料负荷较重，限制斗臂车伸展高度，作业项目受限
1机械手使用的专用较少对于一些复杂的工作不能开展
2由于机械臂的安装结构，不能长途运输颠簸
3没有能够对机器人进行电气实验的有资质专业单位
2、目前完成的作业项目：带电断引线，接引线，遮蔽导线等简单工作，效果一般，但是解决了人体
直接接触导线的工作，大大提高了安全性能
3、机器人在带电作业中所占比例不大，年均比例不足5%
目录
一、行业现状
二、行业发展
三、技术进步
四、国外情况
五、国内情况
六、现有工作
七、工作设想
近几年我国机器人产业发展迅速，从国家到地方各级政府对机器人产业都给于了大力支持，未来几年机器人行业发展前景非常看好国家电网公司已经投入了大量的人力和物力研究电力机器人技术，南方电网公司也提出了“机器人替人”的规划口号我们带电作业专业，也要抓住行业和技术上的机遇，积极寻求技术上的进步，最终形成整个专业的跨越式发展
配电带电作业机器人是一种智能化程度很高的特种机器人，它的研制成功对促进我国特种机器人的发展有重要意义，对特种机器人的应用有良好的示范作用
配网带电作业机器人将会对电力行业中危险、高危作业工种的“机器人换人”的推广应用起到良好的示范作用
用智能机器人代替人工完成作业频率较高的配电带电作业任务，对提升电力系统带电作业的整体技术水平和装备水平有非常积极的作用
配电带电作业是提高供电可靠性的直接手段，可以最大程度减少停电时间，提升供电可靠性
第一步、配网带电作业的机械化
第二步、配网带电作业的半自动化
第三步、配网带电作业的智能化
✓配网带电作业的机械化已经初步实现，配网带电作业的机械化程度在电力系统检修作业中已经处在较高的位置
✓目前处于配网带电作业的机械化向半自动化的转变之中
✓一旦实现配网带电作业的半自动化，配网带电作业的智能化指日可待
机器人是整合控制、机械、电子、电气、计算机、材料和仿生学的产物
联合国标准化组织对机器人的定义：一种可编程和多功能的操作机；或是为了不同任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统
工业机器人特种机器人
目录
一、行业现状
二、行业发展
三、技术进步
四、国外情况
五、国内情况
六、现有工作
七、工作设想
工作内容
工作目标
1
010
1180
64
256
292185
185
6
40
1280
2
004006
00 800 1000 1200 14001600软硬件费用(万元)
性能扩展100费用(万元)
计算核心
数(核)计
算内存数(G B )计
算能力(S p e c I n t /1
0)I B M P 780小型机＋高端存储方案40台双路P C 服务器H a d o o p 方
案⚫冗余自由度、双向力反馈，宽作业范围，大持重/自重比机械臂
⚫实现机器人配电带电作业配套工具的系列化
⚫满足绝缘水平和机械强度要求
⚫增强现实与实时图像融合技术⚫保证机器人具有良好操控性能⚫提高野外环境下视觉系统的真实性和准确性
⚫机器人与作业系统和环境的三维模拟
投资
性能
☐实现配电带
电作业自动化、智能化，减少人工干预，提高工作效率
机械臂及其控制系统
操控辅助系统
作业培训系统
⚫高精大持重机械臂
⚫专用智能工具及切换装置⚫绝缘防护系统
⚫
多机械臂协同控制系统
⚫双目视觉的图像采集与显示技术
⚫机器人机构形式和操作方式
⚫增强现实技术
⚫实时再现仿真技术⚫培训仿真系统软件⚫培训模拟器
工程实践
工程应用研究
机械臂
理论研究控制技术、动作技术、绝缘技术、作业方法……视觉感知系统
系统研发机械臂、伺服器、液压件、传感器、力矩电机……作业系统
培训系统
综合实现
硬件
基础
应用
辅助系统配网带电作业实际作业中应用
视觉感知系统多种控制方式结合作业专用工具
示范应用
关键技术问题研究项目调研
原型机试制
样机试制
作业需求文献查阅作业实地考察器件性能调研绝缘形式调研
传感技术调研
行业内调研
绝缘斗臂车调研
配电线路更换作业机械臂带电作业机器人专用工具主从控制与自主控制相结合的控制方式带电作业机器人绝缘系统现有技术基础现有技术分解
原型机改善定型试验测试
模拟环境专用工具
系统联调性能测试参数优化样机定型整机装配
部件测试
部件试制
样机设计
系统试运行线上带电作业作业报告规范作业指导书系统检查工具物料准备线下模拟培训作业过程编制
项目技术指标
作业任务配网带电作业
环境要求温度：0~50℃，防尘，小雨天作业、强光下作业
操作方式作业人员位于移动车体的主控制室内基于立体视觉以主从控制的方式操作机械臂
机械臂
驱动方式：主臂采用力矩电机，从臂采用液压驱动从臂负重：30Kg
自重（2套机械臂和附件）：小于400Kg 力反馈可选自动切换工具支持
专用作业工具专用电动扳手及其它专用工具视觉系统立体视觉、虚拟现实（可选）
人机交互主手（力觉临场感）、立体视觉计算机，主计算机（视频、运动仿真、作业参数）
绝缘
主从控制系统间采用光纤通信采用隔离变压器进行电气隔离作业平台的绝缘设计机械本体的绝缘防护
带电作业机器人系统组成
绝缘防护系统控制系统
移动升降平台
带电作业机器人是通过主从遥操作的方式由人控制从机械臂完成10kv 线路的配电和维修作业的特种机器人
机械臂实现空间位置和姿态的定位
针对特定的作业配置专用工具及更换装置控制系统对机械臂进行精确控制，为操作者提供良好的感知，使之能方便的操作机械臂完成特定专业
虚拟现实系统
机械臂系统
作业系统
总体方案：机械臂的安装方式
斗臂车绝缘平台移动式作业平台移动导轨作业平台
机械臂设计方案
1.机械臂系统采用6自由度主从式机械臂实现遥操作可以通过鼠标、摇杆等方式选择同构主手的原因：
1便于实现力觉临场感
2控制方法较容易实现，便于操作2.主臂采用力矩电机驱动
传感器采用电位计
从臂采用伺服电机，配置压力传感器、电位计实现力、位置信息的获取
伺服电机的优势：
机械臂自重小，持重大
便于实现绝缘
惯性小，换向冲击小
斗上部分
双协同机械臂机械臂运动仿真计算
地面部分
机器人平台选型3维视觉系统
从手机械臂自重80kg，负重30kg，最大负重45kg
末端负载80300
本体材质钢铝钢铝钢铝
含负载惯量
kg.m2165.433160.780.0875.3928.824.2含负载质量kg2525202000
重心力臂m 1.3 1.3 1.3 1.300
重力矩N.m318.5318.5254.8254.800
加速力矩N.m207.78201.9100.694.6936.330.4
总力矩N.m526.28520.3355.4349.536.330.4
⚫与从手一体设计⚫双臂作业辅助操作⚫主要用于夹持
从手
左臂
从手
右臂
机器人操作平台
一体手爪
工具快换
接口
⚫工具快换接口
⚫省去一体手爪
⚫可接剥皮器、电动
螺丝松紧工具等
工具切换方式：采用成熟产品
工具快换装置，一个机器人侧
带多个工具侧，电气模块根据
需求选择。

此产品属于成熟产
品，比较稳定，用的较广泛。