李昂+周其超+柯良

摘要： 越障高压线缆检测机器人，该机器人以PLC工控板作为控制元件，使用三只机械爪来抓紧线缆，运用了链传动，齿轮传动，导轨支架机构，伸缩机构等实现了机器人沿高压线爬行检测线缆是否损坏的功能，并能翻越线缆上支柱绝缘子等的障碍物。

关键词：PLC ；线缆检测；越障检测机器人；高压线

中图分类号：TP29 文献标识码：A

0引言

高压输电线路的巡检是一项劳动强度大、涉及面广的作业任务。迄今为止，国内外主要依靠巡检人员携带各种检测设备沿线执行检测任务，效率低、成本高、误检漏检率大，因此，高压线巡检的自动化亟待解決。高压线巡检机器人属于具有广泛应用前景的特种机器人，旨在为高压输电线路的检测提供一套机器人作业系统，代替检测人员对线路进行检测和维护，从而减轻巡检作业的劳动强度，降低检测成本，提高检测质量和效率，改善检测作业的安全性，从而提高线路的管理和维护水平。

当前国内外对巡检机器人的研究尚未成熟，还有很多关键技术尚待解决，特别是国内的研究起步较晚，目前仍处于试验研究阶段，与实际应用还存在一定距离，且现有研究成果仅能完成双塔间的线路巡检，作业范围有限。

1越障式高压线缆检测机器人的工作原理

越障式高压线缆检测机器人的外形结构如图1所示，机器人外形为长方形，适合高压线缆的工作条件，机身上三只机械爪能够提高机器人工作效率和稳定性，能在较短时间内完成多个人员的巡视和监测，越障式高压线缆检测机器人的工作示意图如图2所示。

机器人内部配备有GPS定位模块，机器人在工作中，检测到线缆有损坏的地方，会自行标记。所做的标记会传输到监控中心的电脑上，工作人员根据机器人给予的信息，再对损坏的线缆进行维修与更换。

2越障式高压线缆检测机器人的结构组成

越障式高压线缆检测机器人主要包括控制系统PLC、检测系统、机械爪机构、伸缩机构、链传动机构、齿轮传动机构，越障式高压线缆检测机器人的机构组成如图3所示。

控制系统包括PLC工控板和舵机控制板。PLC工控板来控制2只电机正反转，驱动机器人在高压线缆上直线移动；舵机控制器接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘，驱使一对机械爪张开与闭合，3只机械爪同时工作，提高了工作效率；保障了机器人在高空中工作稳定；工作中遇到障碍物不会耽误工作，能够实现越障功能。

检测系统由机器人搭载无线高压测试仪，在高压线缆上，遇到破损的线缆，可以检测出高压线的各种电压等级的CT初级、次级电流大小、变比、角差，检测的详细数据会传输到监控中心的电脑上，工作人员根据机器人给予的数据，再对损坏的线缆进行维修与更换。

伸缩机构使用钢珠式滑轨，该滑轨推拉顺滑，承重力大，具有缓冲关闭或按压反弹开启功能，大大提高了机器人在行驶中的平稳性，钢珠式滑轨如图4所示。

机械爪机构由舵机制器控制，舵机的控制信号周期为20ms的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5-2.5ms，相对应的舵盘位置为0-180度，呈线性变化。也就是说，给他提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持一定对应角度上，舵机接受信号与角度关系如表1所示。舵机精确的角度变化，有利于机械爪稳妥的抓住高压线缆，在工作中遇到障碍物能平稳的前行，增加了机器人的灵活性。

3越障式高压线缆检测机器人的工作过程

越障式高压线缆检测机器人的控制系统如图5所示。越障式高压线缆检测机器人选用三菱PLC FX1S 工控板和舵机控制板作为控制系统，控制机器人各个执行元件，并记录、传输线缆有无损坏的信息。

越障式高压线缆检测机器人可以在线缆不断电的情况下进行工作，并且对于工作环境没有太多要求，极大的增加高压线缆检测的工作效率，消除人为检测带来的安全隐患。

当在工作过程中，遇到高压线缆上的绝缘子障碍物时，能够自行翻越，不影响其工作效率。

PLC工控板控制电动机正反转，驱动链轮带动滚子链转动，滚子链通过卡接部与滑轨相连，滚子链的转动带动滑轨的伸缩，实现机器人的前进和后退；机械爪通过 PLC 控制器和舵机控制，配合滑杆的伸缩，可以实现机器人的越障，保障机器人持续工作。

工作中遇到高压线缆损坏部分，机器人会短暂停驻，对损坏部分进行检测计算，高压线的各种电压等级的CT初级、次级电流大小、变比、角差，并且进行地理位置的标记，方便后期工作人员的维修，越障式高压线缆检测机器人工作流程如图6所示。

4 总结

我国高压线广阔，长期暴露在外的高压线老化过快，线缆检测人员高空工作危险性较高。越障式线缆检测机器人可以代替人工检测高压线，检测效率高，定位精细，遇到障碍物可自行翻越，适应性强，实现跨域高压线塔的连续检测。越障式线缆检测机器人沿高压线缆爬行工作，爬行的过程中搭载在机器人上的检测仪器会自动检测线缆的损坏程度，并进行计算与标记。相比较人工检测而言，越障式高压线缆检测机器人操作简便，解决了人工检测的效率低、工作危险的问题。

参考文献

[1] 黄荣舟，李炳川，陈果，汪明辉.一种高压线巡检机器人的设计研究[J].机电产品开发与创新.2015，08：1002-6673.

[2] 郑拓，吴功，平严宇，徐显.金乐正.高压线巡检机器人巡检与通讯系统设计与实现[J].武汉大学学报（工学版）.20112，02：1671-8844.

[3] 杨凤臣，吴白羽，于辉.高压线巡检机器人夹抓机构的设计与分析[J].机械制造.2012，08：1000-4998.

[4] 孙翠莲，王洪光，赵明扬.谈大龙.超高压线巡检机器人移动越障机构综述[J].机械设计与制造.2006，10：1001-3997.

来稿日期：2017-06-6

基金项目：浙江省大学生科技创新项目（2016R445003）

作者简介：

李昂（1997-），男，安徽阜阳人，主要研究方向：机械设计、机电产品开发。endprint