帶電搶修作業機器人實用化研究范文

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摘要：

為了進一步提高10kV配電線路帶電搶修的作業效率，滿足人們日益增長的用電需求，文章以帶電搶修機器人作為主要研究對象，通過對其系統構成進行說明，在結合其主從操作液壓機械臂及其控制系統的基礎上，進而對10kV配電線路搶修作業機器人的專用作業工具展開了設計和分析。

關鍵詞：

10kV配電線路；帶電搶修；機器人實用化

對傳統的10kV配電線路搶修作業進行分析可知，其不僅需要全線停電，而且還需人為檢查線路故障，在增加維修成本的同時，也為地區人們的生活帶來了較大不便。基于此，將10kV配電線路帶電搶修作業機器人引入線路的故障處理過程中，確保供電持續性的基礎上，提高線路搶修的可靠性和安全性，具體設計如下。

1帶電搶修機器人系統構成

對帶電搶修機器人進行分析可知，其主要包括了整體作業平臺、折疊伸縮絕緣手臂以及移動汽車和控制裝置等部分，其中，整體作業平臺主要由絕緣斗以及機械手臂絕緣子支承和機器人操作系統構成，其功能主要是為搶修人員提供作業平臺[1]。折疊伸縮絕緣手臂設定在移動汽車底盤，主要任務將運送機器人作業平臺至線路作業的具體位置。移動汽車主要負責運送其他三部分到具體故障地點進行線路搶修，而控制裝置則主要由上、下兩部分組成，其中，上部控制裝置位于機器人作業平臺中，具有全方位操作手柄，實現絕緣斗內部的流暢操作，下部控制裝置則位于回轉塔處，設有上部控制裝置切換按鈕，實現上下兩部分控制裝置的功能切換。

2主從操作液壓機械臂及控制系統

主從操作液壓機械手臂是10kV配電線路帶電搶修機器人的核心，其主要作用是將作業人員同高壓電場進行分離，幫助搶修人員完成作業任務，故其應具備精度高、持重大以及自重小和實時性與穩定性好等特點。對其各部分構成進行如下說明：（1）液壓機械臂。液壓機械臂自重較輕且持重較大，具有良好的動力特性，操作靈活便捷，通過操控主手臂實現專用工具的夾持功能，以完成帶電作業任務；（2）主手。主手的拓撲結構與液壓機械臂相同，主要功能為實現對從臂各關節位置的伺服控制，由于主手的各個關節處大都具有較高精度的旋轉電位計與力矩電機，故能夠幫助操作者獲得最大的操作舒適性，提高對液壓機械手臂的控制效率和精度；（3）液壓供油單元。液壓供油單元是帶電搶修作業機器人液壓系統的動力源，而為了避免其靈敏度受到油損影響，必須對液壓油進行過濾處理，處理要求為：流量11L/min；壓力：10.3-20.6MPa，液壓油清潔度為3-25maf；（4）主從控制系統。主從控制系統是液壓機械臂實現搶修動作的關鍵，位于絕緣斗中的操作人員左右兩手分別操控左右兩主手，使其克服各關節力矩和電機阻力進行聯動，位于左右兩主手的各關節電位計把發生在各關節軸的旋轉角轉化為電壓信號，并傳送至左右微控制器中，微控制器經由光纖將信號傳至左右液壓伺服控制盒，在伺服控制盒的作用下，旋轉角度的電壓信號將實現對左右機械臂伺服閥的控制，從而變更進入從手中各個關節的液壓流量，向左右手臂各個關節施加驅動力，驅動關節運動[2]。

310kV配電線路搶修作業機器人專用作業工具

3.1自動剝皮工具考慮到現有10kV架空導線長期裸露在外，受外部環境影響嚴重，外層絕緣層難以剝除，從而增加線路搶修的難度，而以人工操作為主的線路搶修不僅絕緣防護較差，而且效率較低，安全性較差。因此，所設計的10kV線路帶電搶修機器人的自動剝皮器需要具備結構簡單、安全性高和作業效率高等相關特點。設計由直流減速電機、連桿、曲柄、搖桿以及棘爪、棘輪和刀頭等構成的作業機器人自動剝皮工具，在實驗室搭設加工導線，并現場模擬自動剝皮功能，此類機器人自動剝皮工具不僅能夠為機械手的夾持操作提供便利，而且其壓線也極為牢固，有利于其自動剝皮功能的實現[3]。

3.2自動電動扳手對電動扳手進行分析可知，其在10kV配電線路帶電搶修過程中具有緊固螺母和夾緊線夾的作用，其主要分為安全離合器式與沖擊式兩種類型，其中，安全離合器式電動扳手以一種手臂達到力矩時便脫扣的安全離合機的結構完成對螺紋件的裝拆，而沖擊式電動扳手則與沖擊力力矩完成螺紋件的裝卸。將自動電動扳手引入帶電作業的機器人中不僅有利于加持操縱，而且經改造后，其還可以用于扭轉M8-M14的標準螺栓，并實現遙控控制。在工作頭方面，選用柔性導向扳套，其開口形狀同固定螺栓頭尼龍導向柱相匹配，從而在緊固螺栓的過程中，便于其工作頭與豎直方向的六角螺栓頭相對準，提高操作精度[4]。

3.3自動破螺母與電動斷線鉗對于10kV高壓線路中已生銹或是無法拆卸的螺母，應以電動破螺母為主要工具進行操作，其主要由電動機、傳功機構以及工作頭、電源開關和外殼、手柄、電池等相關部件構成。電動破螺母將高能量電池作為其主要動力來源，不僅重量較輕，而且對于輸配電桿塔的高空作業也具有較強的適應性。通常，自動破螺母工具設計較為緊湊，且使用較為便利能夠對破螺母的大小予以調節，從而以360°可旋轉工作頭支持機器人不同破螺母作業角度的運轉。在電動斷線鉗方面，其主要由電動機、傳功機構以及工作頭、電源開關和外殼、手柄等部分構成，電動斷線鉗的使用應以夾持操縱的便利性為主，并在斷線鉗工具中設計專門的機械手夾持機構，并將控制盒置于電動斷線鉗傳統部分的尾部，從而實現斷線鉗的遠程遙控。

3.4絕緣防護絕緣防護是確保機器人能否正常作業的基礎和前提。多數情況下，應采用多級絕緣防護系統確保機器人和操作人員的安全，其中，一級防護下，平臺由纏有環氧玻璃布的絕緣鋼結構支架進行焊接而成，并在底部粘有絕緣環氧玻璃板，并將絕緣套予以外包，避免相間短路情況發生。二級防護下，機器人的帶電作業依賴絕緣斗臂車為操作人員提供對絕緣防護，確保操作人員安全；三級防護下，位于絕緣斗中的操作人員對機械臂進行遠程操控，使其夾持專業工具進行高壓線路作業，確保操作人員的人身安全。在帶電搶修機器人作業方面，2013年在黑龍江電力公司10kV配電線路中進行多次上線運行與下線測試，在現場的多次調試與系統優化后，作業機器人各項功能均得到了良好改善，黑龍江電力公司帶電作業班多次應用帶電機器人對省內10kV高壓電線路進行搶修作業，較好地完成了剝皮、加蓋遮蔽罩以及接線和斷線等工作。

4結束語

文章通過對帶電搶修機器人系統構成進行闡述，并對帶電搶修作業機器人液壓機械臂構成及其控制系統原理予以說明，分別從自動剝皮、自動電動扳手、自動破螺母與電動斷線鉗和絕緣防護等方面對10kV配電線路搶修作業機器人專用作業工具做出了系統探究。研究結果表明，10kV配電線路搶修作業機器人能夠較好地實現對10kV線路的各類優化作業，具有良好的使用和推廣價值。

參考文獻

[1]胡毅，劉凱，彭勇，等.帶電作業關鍵技術研究進展與趨勢[J].高電壓技術，2014，7（12）：1921-1931.

[2]胡毅.輸配電線路帶電作業技術的研究與發展[J].高電壓技術，2011，11（5）：1-10.

[3]侯成，仇煒.輸電線路帶電作業的發展與概況[J].科技創新導報，2012，4（15）：86-87.

[4]趙玉良，王興光，戚暉，等.高壓帶電作業機器人絕緣系統的研究[J].微型機與應用，2012，10（26）：92-94。

作者：辛洪杰 單位：國網山東省電力公司濰坊供電公司