電網(wǎng)有限公司科技項(xiàng)目可行性研究報(bào)告-全文預(yù)覽

　　

【正文】 指定的恒定溫度。 合作方可遠(yuǎn)程操控、觀察凍雨形成覆冰的實(shí)驗(yàn)過程。 觀測(cè)窗。 絕緣子、金具、模擬導(dǎo)線及地線。 模擬自然風(fēng)（16級(jí)）。可恒定至0到2攝氏度。機(jī)械工程師：王明勤，本科，曾在大型機(jī)械企業(yè)供職技術(shù)廠長(zhǎng)，將近30年的機(jī)械設(shè)計(jì)與制造經(jīng)驗(yàn)。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：王柏林，西安電子科技大學(xué)畢業(yè)，10余年來(lái)一直致力于高壓輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，在惡劣環(huán)境下傳感器穩(wěn)定工作研究上投入了大量的精力，取得了顯著的成果。公司前身陜西拓飚電子科技有限公司從2003年開始一直致力于架空高壓輸電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)與推廣，相繼研制出《輸電線路圖像視頻在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)》、《絕緣子泄露電流在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)》、《導(dǎo)線弧垂在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)》、《架空輸電線路氣象環(huán)境在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)》、《架空輸電線路導(dǎo)線溫度在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)》、《等值覆冰厚度在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)》、《輸電線路桿塔傾斜在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)》、《架空輸電線路微風(fēng)振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)》，在南方電網(wǎng)、國(guó)家電網(wǎng)有廣泛的掛網(wǎng)運(yùn)行，2010年10月，與武漢大學(xué)機(jī)械系、西安交大電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建立了戰(zhàn)略聯(lián)盟關(guān)系，進(jìn)一步鞏固了我公司在該領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。平臺(tái)上同時(shí)具有圖形知識(shí)標(biāo)識(shí)，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行圖像導(dǎo)航指示，方便機(jī)器人順利起降。如下圖所示，我省所處的區(qū)域風(fēng)能資源均勻，區(qū)域差異較小。白天太陽(yáng)光最強(qiáng)時(shí)，風(fēng)很小，晚上太陽(yáng)落山后，光照很弱，但由于地表溫差變化大而風(fēng)能加強(qiáng)。風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)從外界收集能源，并以電能的型式儲(chǔ)存在蓄電池組中，以備機(jī)器人使用；機(jī)器人需要充電時(shí)，通過與導(dǎo)航模塊的通訊，降落在機(jī)器人承載平臺(tái)上；機(jī)器人承載平臺(tái)內(nèi)含充電電路，完成對(duì)機(jī)器人的充電。鐵芯必須設(shè)計(jì)成可以分合的兩部分，在正常工作時(shí)兩部分合為一體，跨越障礙時(shí)需通過機(jī)械手將其分開。對(duì)應(yīng)于鐵芯，則要求其應(yīng)具有較高的初始磁導(dǎo)率及較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。智能巡線機(jī)器人可以通過感應(yīng)取電和塔上智能充電塢充電的方式為機(jī)器人提供電源，實(shí)現(xiàn)方案如下：1. 感應(yīng)取電按照電磁場(chǎng)理論,環(huán)繞工作狀態(tài)的高壓輸電線路存在著交變磁場(chǎng),根據(jù)電磁感應(yīng)定律，磁場(chǎng)中的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電流。 另外，執(zhí)行層的任務(wù)還包括收集各關(guān)節(jié)位置傳感器的信息并進(jìn)行預(yù)處理，然后傳送給規(guī)劃級(jí)，以便規(guī)劃級(jí)進(jìn)行下一輪的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃，完成對(duì)控制器、功率放大器的故障診斷，并把診斷結(jié)果送到規(guī)劃級(jí)。 開關(guān)量單元。它主要由以下3個(gè)部分組成：252。由于巡線機(jī)器人在高空作業(yè)，會(huì)受到刮風(fēng)及弓子線（跳線）部分導(dǎo)線不規(guī)則形狀的影響，并且環(huán)境中障礙物的形狀各異，尺寸較小，因此使用了超聲傳感器、激光測(cè)距儀、CCD等多種傳感器，并采用多傳感器的信息融合技術(shù)，成功地解決了機(jī)器人的避障問題。巡線機(jī)器人控制系統(tǒng)的由兩大部分組成：地面遙控/數(shù)據(jù)接收移動(dòng)基站和本體控制單元，其中機(jī)器人本體控制單元采用由規(guī)劃層和執(zhí)行層組成的兩層分布式計(jì)算機(jī)控制結(jié)構(gòu)。當(dāng)然在圖b圖c中，飛行器在產(chǎn)生俯仰、翻滾運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生沿x、y軸的水平運(yùn)動(dòng)。（5）前后運(yùn)動(dòng)：要想實(shí)現(xiàn)飛行器在水平面內(nèi)前后、左右的運(yùn)動(dòng)，必須在水平面內(nèi)對(duì)飛行器施加一定的力。（4）偏航運(yùn)動(dòng)：四旋翼飛行器偏航運(yùn)動(dòng)可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）俯仰運(yùn)動(dòng)：在圖（b）中，電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電機(jī)3的轉(zhuǎn)速下降，電機(jī)電機(jī)4的轉(zhuǎn)速保持不變。（1）垂直運(yùn)動(dòng)：垂直運(yùn)動(dòng)相對(duì)來(lái)說比較容易。與傳統(tǒng)的直升機(jī)相比，四旋翼飛行器有下列優(yōu)勢(shì)：各個(gè)旋翼對(duì)機(jī)身所施加的反扭矩與旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，因此當(dāng)電機(jī)1 和電機(jī)3逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，電機(jī)2和電機(jī)4順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可以平衡旋翼對(duì)機(jī)身的反扭矩。由于飛行器是通過改變旋翼轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)升力變化，這樣會(huì)導(dǎo)致其動(dòng)力部穩(wěn)定，所以需要一種能夠長(zhǎng)期保穩(wěn)定的控制方法。實(shí)現(xiàn)技術(shù)如下： 巡線機(jī)器人在兩側(cè)各裝備2個(gè)可收放的旋翼，如下圖所示：張開后即形成一個(gè)四旋翼無(wú)人機(jī)，可完成起降、跨越障礙等功能。②在邊緣圖像中運(yùn)用霍夫變換等方法分別檢測(cè)直線、圓和角點(diǎn)等圖形基元，并利用導(dǎo)線與障礙的位置關(guān)系以及障礙本身的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)約束，識(shí)別出障礙物。該系統(tǒng)由攝像機(jī)、采集卡、嵌入式計(jì)算機(jī)等組成。相對(duì)于國(guó)內(nèi)外一般采用臂及臂以上機(jī)器人技術(shù)而言, 該機(jī)器人機(jī)構(gòu)有如下特點(diǎn)機(jī)構(gòu)的自由度少, 機(jī)構(gòu)長(zhǎng)度尺寸小, 加以采用嵌人式機(jī)械結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)度的鋁合金材料, 機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊, 重量輕。主動(dòng)滾輪完成沿直線無(wú)障礙物段的行駛。從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)角度, 要求機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)、蠕動(dòng)、跨越和避讓障礙物, 以及末端執(zhí)行器具有空間位姿調(diào)整運(yùn)動(dòng)從運(yùn)動(dòng)控制角度, 要求機(jī)構(gòu)的自由度少、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解可實(shí)現(xiàn)解藕控制, 且運(yùn)動(dòng)控制的精度高從巡線機(jī)器人系統(tǒng)角度, 要求機(jī)構(gòu)具有一定的負(fù)載能力, 且與導(dǎo)線構(gòu)成等電位體從應(yīng)用角度,要求機(jī)構(gòu)具有小巧緊湊、輕質(zhì)的機(jī)械結(jié)構(gòu), 且容易上下線作業(yè)和便于攜帶等。具體為：殼體、線路板、傳感器、軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)，自主完成，零部件采用外購(gòu)，機(jī)械部分外協(xié)加工，外圍配件直接購(gòu)買的方式。4) 智能控制系統(tǒng)完成機(jī)器人系統(tǒng)的控制功能。巡檢機(jī)器人包括系統(tǒng)電源、機(jī)器人本體、控制器、攝像機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)、圖像及數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)（機(jī)載部分），塔上智能充電塢包括風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)、機(jī)器人承載平臺(tái)和導(dǎo)航模塊，地面控制系統(tǒng)包括監(jiān)控系統(tǒng)、圖像及數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)（基站部分）及監(jiān)視器。4) 智能控制系統(tǒng)完成機(jī)器人系統(tǒng)的控制功能。巡檢機(jī)器人包括系統(tǒng)電源、機(jī)器人本體、控制器、攝像機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)、圖像及數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)（機(jī)載部分），塔上智能充電塢包括風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)、機(jī)器人承載平臺(tái)和導(dǎo)航模塊，地面控制系統(tǒng)包括監(jiān)控系統(tǒng)、圖像及數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)（基站部分）及監(jiān)視器。( 3) 從實(shí)用的角度要求機(jī)構(gòu)小巧、緊湊、輕質(zhì), 便于攜帶及上下線操作。 巡線機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng), 涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)、自動(dòng)控制、通信、多傳感器信息融合、電源技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。圖4 自動(dòng)爬行機(jī)器人從高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的研究現(xiàn)狀來(lái)看，輪式行走機(jī)構(gòu)倍受研究人員的青睞，但在爬坡能力、運(yùn)行的速度及運(yùn)行的穩(wěn)定性等方面還有待于進(jìn)一步完善。國(guó)內(nèi)在巡檢機(jī)器人的研究方面主要有武漢大學(xué)、沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、中科院自動(dòng)化研究所和山東科技大學(xué)等單位。它靠上方三個(gè)輪子實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)行走，下方輪子起到輔助行走及剎車的作用。輪式爬行行走機(jī)構(gòu)具有移動(dòng)平穩(wěn)、速度快和效率高的特點(diǎn)，因此，目前巡檢機(jī)器人多采用此種輪式行走機(jī)構(gòu)。二、 國(guó)內(nèi)外研究水平綜述國(guó)外對(duì)高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的研究始于上世紀(jì)80年代，由日本、美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家先后展開了對(duì)高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的研究。所以，必須對(duì)輸電線路進(jìn)行定期巡視檢查，隨時(shí)掌握和了解輸電線路的運(yùn)行情況，線路周圍環(huán)境和線路保護(hù)區(qū)的變化情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除隱患，預(yù)防事故的發(fā)生，確保供電安全。由于輸電線路分布點(diǎn)多面廣，所處地形復(fù)雜，自然環(huán)境惡劣，電力線及桿塔附件長(zhǎng)期暴露在野外，因受到持續(xù)的機(jī)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，必須及時(shí)修復(fù)或更換。本方案提出一種以輕量級(jí)機(jī)器人底盤技術(shù)為基礎(chǔ)，通過添加模塊化功能單元進(jìn)行功能/性能擴(kuò)充的機(jī)器人設(shè)計(jì)思路，不僅可實(shí)現(xiàn)目前輸電線路巡線、除冰的需求，而且系統(tǒng)具備極強(qiáng)的可升級(jí)性，適應(yīng)智能電網(wǎng)