來源：微計算機信息   作者：吳俊飛 吳爽 姜生元 王新智

摘要：本文介紹了高壓輸電線巡線機器人控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了高壓輸電線巡線機器人的越障、線路檢測、實時監(jiān)控等功能。實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)運行良好，具有良好的可靠性和實用價值。

關(guān)鍵字：PC104；檢測機器人；控制系統(tǒng)；高壓輸電線

1.引言

高壓輸電線及桿塔附件長期暴露在野外，因受到持續(xù)的機械張力、電氣閃絡(luò)、材料老化的影響而產(chǎn)生斷股、磨損、腐蝕等損傷，如不及時修復(fù)更換，原本微小的破損和缺陷就可能擴大，最終導(dǎo)致嚴重事故。因此，電力公司需要定期對線路設(shè)備進行巡檢，及時發(fā)現(xiàn)早期損傷和缺陷并加以評估，根據(jù)評估結(jié)果安排必要的維護和修復(fù)，從而確保供電的安全可靠性。傳統(tǒng)的人工巡檢方法不僅工作量大而且條件艱苦，特別是對于山區(qū)和大江大河等的輸電線路巡檢存在很大困難，甚至一些巡檢項目靠常規(guī)方法都難以完成。因此，采用機器人自動巡線成為保障高壓輸電線安全運行的一種必要手段。

高壓輸電線路巡線機器人屬于特種機器人的研究范疇，主要完成高壓供電線纜的無損探傷、懸垂絕緣子絕緣特性檢測、輸電線附件輸電性能測試、機械連接牢固性檢查、線纜異物清除等高空作業(yè)。國外在巡線機器人領(lǐng)域的研究起步較早，研究水平較高，1988年，日本東京電力公司的Sawada等人研制了光纖復(fù)合架空地線巡檢移動機器人，該機器人可以沿地線爬行，遇到障礙物時，可以通過弧形手臂輔助跨越。加拿大魁北克水電研究院的Montambault等人于2000年研制成功了輸電線遙控機器人，該遙控機器人可以消除電力傳輸線上的積冰，并可以用來線路巡檢平臺。國內(nèi)關(guān)于輸電線路巡線機器人的研究還處于起步階段，只有武漢水利大學(xué)、山東大學(xué)、中科院等作過一些研究。

2.機器人概述

由于高壓輸電線的線纜附件種類多、形狀復(fù)雜，因此，越障成為巡線機器人要具備的首要功能。本文所述的機器人采用3個自由擺動的吊臂跨越線纜附件，當(dāng)遇到障礙物時擺動3個吊臂，使3個吊臂依次通過障礙物。機器人本體如圖1所示，該機器人可以在四分裂、二分裂、單股等高壓輸電線纜上爬行，可自主跨越懸垂絕緣子、隔離棒、防振錘、線夾等線纜附件，具有輸電線纜的檢測功能。機器人綜合性能指標如下：1)本體外形：850×300×700mm；2)本體重量45Kg；3)纜徑適應(yīng)性Ф10~Ф25mm；4)移動速度0~25m/min；5)爬升角度0~30°；6)控制方式：自主運行和主從遙控操作；7）故障處理：手動/自動。

3.控制系統(tǒng)的設(shè)計

機器人的控制系統(tǒng)分本體控制系統(tǒng)和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩部分，如圖2 所示。本體控制系統(tǒng)用來規(guī)劃機器人的運動軌跡，控制機器人運動構(gòu)件，確保機器人可靠快速的越過障礙物，并實現(xiàn)與地面基站的命令、數(shù)據(jù)的遠距離傳輸；地面監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)機器人的手動/自動控制，并監(jiān)控機器人的穩(wěn)定運行。為機器人設(shè)計自動和手動兩套控制系統(tǒng)的增加了機器人的靈活性與可靠性，當(dāng)其中一套系統(tǒng)發(fā)生故障時可啟動另一套控制系統(tǒng)，另外在某些特殊的場合可只用手動系統(tǒng)，降低了機器人野外作業(yè)的難度，增加了機器人的應(yīng)用性。

3.1機器人本體控制系統(tǒng)的設(shè)計

機器人本體的控制系統(tǒng)以嵌入式PC104工控機為核心,并配有輸入輸出擴展板HT-750和A/D采集擴展板PM-516。采用PC104 作為核心模塊, 可將主要精力放在軟件和接口的設(shè)計上, 而且PC104 的開發(fā)、維護和擴展都非常方便。PC104與通用PC和PC/AT標準(IEEE P996) 完全兼容, 可以很快掌握其軟、硬件的使用, 并且具備嵌入式控制的特殊要求,為嵌入式應(yīng)用提供了標準的系統(tǒng)平臺^[1]。

3.1.1故障檢測

輸電線纜附件種類多，形狀復(fù)雜，對機器人判斷障礙物類型帶來了極大的困難。因此有必要攜帶多種傳感器，將多種線路故障檢測器集成到巡線機器人移動平臺上，運用多傳感器信息融合技術(shù)，以便提高故障探測的效率、精度和準確度。主要的傳感器有CCD視覺模塊、紅外溫度傳感器、超聲波傳感器等。

視覺檢測CCD模塊使用PC104上的COM2串口，用于識別高壓輸電線各類附件，從原始圖像中找到目標（防振錘、絕緣子、連接金具、隔離棒等附件）所在區(qū)域，利用圖像處理技術(shù)，提取障礙物特征尺寸，自動判斷輸電線路上的障礙物類型、距離，并向機器人運動控制單元提供越障信息^[2]，形成下一步的越障策略。另外，視覺檢查一般能發(fā)現(xiàn)架空