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，實現了高壓輸電線巡線機器人的越障、線路檢測、實時監控等功能。實驗結果表明該系統運行良好，具有良好的可靠性和實用價值。

關鍵字：PC104；檢測機器人；控制系統；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，因受到持續的機械張力、電氣閃絡、材料老化的影響而產生斷股、磨損、腐蝕等損傷，如不及時修復更換，原本微小的破損和缺陷就可能擴大，最終導致嚴重事故。因此，電力公司需要定期對線路設備進行巡檢，及時發現早期損傷和缺陷并加以評估，根據評估結果安排必要的維護和修復，從而確保供電的安全可靠性。傳統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。國外在巡線機器人領域的研究起步較早，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。國內關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、山東大學、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.控制系統的設計

機器人的控制系統分本體控制系統和地面監控系統兩部分，如圖2 所示。本體控制系統用來規劃機器人的運動軌跡，控制機器人運動構件，確保機器人可靠快速的越過障礙物，并實現與地面基站的命令、數據的遠距離傳輸；地面監控系統實現機器人的手動/自動控制，并監控機器人的穩定運行。為機器人設計自動和手動兩套控制系統的增加了機器人的靈活性與可靠性，當其中一套系統發生故障時可啟動另一套控制系統，另外在某些特殊的場合可只用手動系統，降低了機器人野外作業的難度，增加了機器人的應用性。

3.1機器人本體控制系統的設計

機器人本體的控制系統以嵌入式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計上, 而且PC104 的開發、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,為嵌入式應用提供了標準的系統平臺^[1]。

3.1.1故障檢測

輸電線纜附件種類多，形狀復雜，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，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）所在區域，利用圖像處理技術，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，視覺檢查一般能發現架空