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让电网高压线巡检机器人发挥更大作用
　　输电安全是经济发展的基石。电力从电厂到用户（工厂、民宅）途中要经历升压变电站、高压输电线路、降压变电站、低压配电线路四重阶段，运送电力的整条输变电系统多数时候都暴露在露天野外。&　　为了保证输电线路的安全、可靠运行，电网运行部门需要定期对输变电系统进行巡检、维修维护以确保消除故障或故障隐患。&　　目前，电网高压线路的巡检大部分仍采用传统的人工巡检方式，即人工沿线行走及登塔，借助望远镜、照相机或摄像机等对线路隐患进行巡查。在人工巡检中，人工成本增长快速、巡检环境危险、恶劣、巡检质量难于保证、巡检管理困难等，且穿越大山、大江、森林或原始森林或无人区线路，人工难以抵达。&　　随着科技发展，如今出现了不少替代巡线方式，包括直升机巡检及特种机器人巡检等，据我们初步测算，人工巡检、直升机巡检和机器人巡线的成本分别为6400元/年/公里、20300元/年/公里和4100元/年/公里。&　　第四次工业革命推动自动化向智能化转变，基于大数据和物联网融合的系统在生产和管理中正走向大规模使用。地处珠三角的佛山市顺德区经济发达、产业聚集、配套完善，为智能装备制造企业发展创造了良好环境。&　　广东科凯达智能机器人有限公司于2014年10月落户顺德，在电力线路系统故障诊断及故障排除智能化解决方案领域展开创新性工作，专注于高压输电线路巡检机器人研发、生产、和推广及相关数据处理、故障诊断识别、故障排除工作，其生产的输电线线上行走机器人可进行线路修建及维修，降低作业危险性、提高巡检及维修可靠性。&　　科凯达产品能够解决四个&替代&问题：&　　机器人能够&替代脚&解决&能抵达&，进行全线路覆盖巡航。&　　机器人能够&替代眼&解决&能诊断&，故障及隐患的自动识别系统能够从巡检机器人搜集的信息中自动快速甄别故障或故障隐患；故障维修及线路维护机器人能够消除线路缺陷，排除线路隐患。&　　机器人能够&替代手&解决&能修复&，从事高风险、高电压、强电磁场环境下的作业，避免事故风险及人身伤害。&　　机器人能够&替代脑&解决&能管理&，从事大数据系统处理线路及设备信息、巡检规划管理、巡检信息、维修维护规划管理、数据存储、检索、分析等工作，进行整体线路信息、巡检、识别、修复的管理工作。&　　科凯达公司产品基于武汉大学机器人研究所吴功平教授团队的原创技术所生产的巡检机器人，后与武汉大学合作成立成立&武汉大学-科凯达智能机器人研究中心&，并获得了清华大学深圳力合创业投资基金投资。同时，科凯达获得了顺德区政府的多项支持和广东省、佛山市的重视。&　　巡检机器人系统组成与工作模式为：&　　高压线路巡检机器人能够&沿着高压线路行驶，巡视并储存定位后的巡视图像，通过后台软件自动或人工分析来判别线路的缺陷或安全隐患，随后进行检修维护。&并完成拧紧螺栓、更换绝缘子、清洗绝缘子、除冰、清除异物等等工序。&　& & & &大数据系统、多客户端的数据查询平台以及机器人智能控制系统的集成保障了巡检机器人自主完成线路巡检，智能分析解决方案。&　　未来3-5年，科凯达机器人将研发生产系列化的高压线路巡检及维修机器人产品，确定自己在智能化电力系统故障识别与修复解决方案领域发展目标，并利用技术优势将研发成果扩展到不同的行业中去，扩大产品及技术的应用领域，为珠三角致力打造先进装备产业带核心区贡献力量。
(来源：新浪科技)
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高压巡线工作即将迎来机器人时代。在顺德大良五沙工业园内，刚落户的一家机器人企业&&广东科凯达智能机器人公司，基于武汉大学机器人研究所吴功平教授团队的原创技术所生产的巡检机器人，最快将于今年8月面世，填补国内市场空白。
吴功平教授介绍自主研发的高压线巡检机器人。
&高压线巡检机器人集成了巡检仪器设备，机器人沿着高压线路行驶，巡视并储存定位后的巡视图像，通过后台软件自动或人工分析来判别线路的缺陷或安全隐患，随后进行检修维护。&吴功平介绍，该机器人甚至可以垂直攀爬。
提升巡线工作效率
高压线巡检机器人的出现，打破了顺德以工业机器人为主的格局。科凯达巡检机器人重量不超过50公斤，是日本和加拿大同类型机器人的一半。吴功平说，机器人要沿高压线巡检，重量不能太大。同时，这一机器人还能适用于不同线路结构，即使U型路线也毫无障碍。
相较于传统人工巡线，机器人巡线的优势体现在工作质量和效率上。人工巡线需要借助望远镜、照相机或红外传热成像仪等巡视，机器人是近距离巡视，准确度大幅提升；　机器人可多任务同时执行，实时反馈线路情况。机器人能将工人彻底从辛苦危险的高压线巡检工作中解放出来。
按科凯达的规划，目前巡检机器人研发完成了近期（1年）的目标，即自动巡视和自动判别。在未来3~5年内，将完善自动规划、自动检测、自动维护等功能。吴功平说，机器人将增加多关节机械手，完成导/地线断股修补、缠绕异物清除、绝缘子更换等。这些工作平日皆由工人带电作业完成。
对比人工可省成本近三成
相较于工业机器人，巡检机器人并不便宜。但考虑到目前劳动力成本上涨等因素，科凯达CEO　付守海给记者算了一笔账，得出人工、直升机及机器人的巡线成本，分别为6400元/年/公里、20300元/年/公里、4100元/年/公里。
付守海透露，目前有三台科凯达巡检机器人在南方电网、湖南电力公司等试用。依据国家电网和南方电网的调研，国内110kV及以上输电线路总里程约100万公里，按每100公里配置一台计算，共需要1万台巡检机器人，加上石油、石化企业的需求，巡检机器人市场总产值约250亿元。
科凯达董事长赵铸基表示，科凯达将根据现有技术积累延伸产品领域，包括输电线路绝缘子带电检测与清扫机器人、输电线路清障与维护作业机器人、变电站巡检机器人等。（文/图佛山日报记者莫璇）
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输电安全是经济发展的基石。电力从电厂到用户（工厂、民宅）途中要经历升压变电站、高压输电线路、降压变电站、低压配电线路四重阶段，运送电力的整条输变电系统多数时候都暴露在露天野外。
为了保证输电线路的安全、可靠运行，电网运行部门需要定期对输变电系统进行巡检、维修维护以确保消除故障或故障隐患。
目前，电网高压线路的巡检大部分仍采用传统的人工巡检方式，即人工沿线行走及登塔，借助望远镜、照相机或摄像机等对线路隐患进行巡查。在人工巡检中，人工成本增长快速、巡检环境危险、恶劣、巡检质量难于保证、巡检管理困难等，且穿越大山、大江、森林或原始森林或无人区线路，人工难以抵达。
随着科技发展，如今出现了不少替代巡线方式，包括直升机巡检及特种机器人巡检等，据我们初步测算，人工巡检、直升机巡检和机器人巡线的成本分别为6400元/年/公里、20300元/年/公里和4100元/年/公里。
第四次工业革命推动自动化向智能化转变，基于大数据和物联网融合的系统在生产和管理中正走向大规模使用。地处珠三角的佛山市顺德区经济发达、产业聚集、配套完善，为智能装备制造企业发展创造了良好环境。
广东科凯达智能机器人有限公司于2014年10月落户顺德，在电力线路系统故障诊断及故障排除智能化解决方案领域展开创新性工作，专注于高压输电线路巡检机器人研发、生产、和推广及相关数据处理、故障诊断识别、故障排除工作，其生产的输电线线上行走机器人可进行线路修建及维修，降低作业危险性、提高巡检及维修可靠性。
科凯达产品能够解决四个“替代”问题：
机器人能够“替代脚”解决“能抵达”，进行全线路覆盖巡航。
机器人能够“替代眼”解决“能诊断”，故障及隐患的自动识别系统能够从巡检机器人搜集的信息中自动快速甄别故障或故障隐患；故障维修及线路维护机器人能够消除线路缺陷，排除线路隐患。
机器人能够“替代手”解决“能修复”，从事高风险、高电压、强电磁场环境下的作业，避免事故风险及人身伤害。
机器人能够“替代脑”解决“能管理”，从事大数据系统处理线路及设备信息、巡检规划管理、巡检信息、维修维护规划管理、数据存储、检索、分析等工作，进行整体线路信息、巡检、识别、修复的管理工作。
科凯达公司产品基于武汉大学机器人研究所吴功平教授团队的原创技术所生产的巡检机器人，后与武汉大学合作成立成立“武汉大学-科凯达智能机器人研究中心”，并获得了清华大学深圳力合创业投资基金投资。同时，科凯达获得了顺德区政府的多项支持和广东省、佛山市的重视。
巡检机器人系统组成与工作模式为：
高压线路巡检机器人能够“沿着高压线路行驶，巡视并储存定位后的巡视图像，通过后台软件自动或人工分析来判别线路的缺陷或安全隐患，随后进行检修维护。”并完成拧紧螺栓、更换绝缘子、清洗绝缘子、除冰、清除异物等等工序。
大数据系统、多客户端的数据查询平台以及机器人智能控制系统的集成保障了巡检机器人自主完成线路巡检，智能分析解决方案。
未来3-5年，科凯达机器人将研发生产系列化的高压线路巡检及维修机器人产品，确定自己在智能化电力系统故障识别与修复解决方案领域发展目标，并利用技术优势将研发成果扩展到不同的行业中去，扩大产品及技术的应用领域，为珠三角致力打造先进装备产业带核心区贡献力量。
（本文为广东科凯达智能机器人有限公司付守海总裁在9月29日举行的珠三角“机器换人”与中国智造的未来专题会议上的发言整理稿）
[责任编辑:高压线巡检机器人的研究--《上海大学》2009年博士论文
高压线巡检机器人的研究
【摘要】：
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决。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单个塔间档距段线路的巡检,作业范围有限。本文的研究目的是研制出适应线路作业环境、可在多个档距段作业的巡检机器人,从而实现整个输电线路上真正意义的自动巡检。
本文讨论了当前国内外巡检机器人的研究现状;深入分析了高压输电线路的环境特点和巡检机器人研发过程中存在的技术难点;设计了一种双臂形式的巡检机器人本体机构,该机器人本体由轮爪机构、手臂机构、导轨支架机构和控制箱组成,具有沿线移动和越障作业等多个功能,在遇到线上附属设备时,可模仿猴子的仿生动作实现跨越;设计了巡检机器人本体控制系统和远程控制系统,基于嵌入式计算机的机器人控制系统安装在巡检机器人本体的控制箱中,控制机器人完成线上作业的任务,远程控制系统安装在以便携式电脑为主体的地面基站上,地面操作人员可利用无线通讯装置监控巡检机器人的运行状态,并能根据实际作业的需要对巡检机器人进行远程操作;采用图像检测法,巡检机器人携带检测设备沿线移动,收集相关检测信息,使检测人员能据此判断线路的情况。
巡检机器人的本体结构是巡检机器人研究的重要内容之一。所设计的巡检机器人以高压线的地线为作业路径,采用多关节双机械臂+缆车的结构,机器人本体通过手臂末端的轮爪机构悬挂在线路上,可根据线路的情况,选择滚轮滚动方式或爬行方式等实现沿线移动,而遇到障碍物时,又可通过双臂的交替运动跨越障碍物,继续行进;本体结构的另一特点是采用了双臂同侧悬挂的设计方案,因此在作业时可将机器人悬挂在线路外侧,减少了塔架等线上附属设备对机器人线上作业的干扰。本文所设计的巡检机器人本体结构简单、易于操作和控制,对线路作业环境具有良好的适应能力。
针对典型的线上作业任务,讨论了作业方式和作业步骤,并结合虚拟样机技术,进行了运动学分析。分析结果表明,针对具体的作业任务,巡检机器人可采用基本动作组合的运动方式完成,结果验证了巡检机器人本体设计的合理性,也为线上作业的规划提供了帮助。在此基础上,还对涉及巡检机器人作业安全性的线上移动、姿态平衡等关键技术进行了讨论。
巡检机器人的动力学建模是分析机器人线上作业动力学特性的理论基础。本文利用Hamilton原理和有限元法建立了线路的动力学方程;利用Newton-Euler法建立了机器人的动力学方程;建立了线路与巡检机器人刚柔耦合的动力学关系。结合具体工况,分析讨论了线路的柔性特性对巡检机器人滚轮滚动式移动、爬行式移动、越障作业、作业臂定位运动的影响以及风载荷对巡检机器人线上作业的影响,并用Matlab软件进行了仿真,给出了计算结果。
控制系统的设计是巡检机器人研究的另一项重要内容。控制系统主要控制巡检机器人执行线上作业的任务,应满足稳定性好、可靠性强、易于操作和维护的要求。控制系统主要采用机器人本体控制系统和远程控制系统两层结构,本体控制系统主要完成机器人作业环境的感知、运动控制、姿态控制、作业规划等任务;远程控制系统主要完成状态监控、检测信息收集等工作。对具体的作业任务,一般利用本体控制系统进行自主作业,也可利用远程控制系统由操作人员进行遥操作。
实验结果表明,该巡检机器人在移动能力、越障能力上都显示出良好的性能,采用的检测方法取得了预期的效果,整个机器人系统的性能达到了电力系统相关部门的设计要求,对线路作业环境表现出良好的适应性,体现出较好的实用性和市场应用前景。
【关键词】：
【学位授予单位】：上海大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2009【分类号】：TP242【目录】：
Abstract8-16
第一章 绪论16-23
1.1 引言16
1.2 课题研究的目的和意义16-18
1.3 国内外研究概况18-22
1.3.1 国外研究概况18-20
1.3.2 国内研究概况20-22
1.4 论文的主要研究内容22-23
第二章 高压线巡检机器人的设计23-33
2.1 高压线巡检机器人的作业内容和作业特点23-25
2.1.1 巡检作业的环境23-24
2.1.2 高压线巡检机器人的作业内容24-25
2.2 高压线巡检机器人的设计要求25-26
2.3 高压线巡检机器人系统的整体设计26-32
2.3.1 高压线巡检机器人设计方案的制定26-30
2.3.2 高压线巡检机器人系统的构成30-32
2.4 本章小结32-33
第三章 高压线巡检机器人的作业规划与分析33-64
3.1 引言33
3.2 高压线巡检机器人线上作业的运动学分析33-52
3.2.1 高压线巡检机器人的运动学建模34-37
3.2.2 高压线巡检机器人沿线爬行的运动学分析37-38
3.2.3 高压线巡检机器人越障作业的运动学分析38-41
3.2.4 基于虚拟样机的高压线巡检机器人线上作业的规划与仿真41-52
3.3 高压线巡检机器人的线上移动与姿态分析52-63
3.3.1 高压线巡检机器人滚轮滚动式移动分析52-58
3.3.2 高压线巡检机器人爬行式移动条件58-61
3.3.3 高压线巡检机器人姿态角的分析61-63
3.4 本章小结63-64
第四章 柔性作业环境下高压线巡检机器人的动力学分析64-93
4.1 引言64
4.2 柔性线路的动力学建模64-71
4.2.1 柔性线路的坐标系建立65
4.2.2 线路单元的建立及单元动力学方程的推导65-68
4.2.3 线路动力学方程的推导68-71
4.3 高压线巡检机器人的动力学建模71-74
4.4 高压线巡检机器人与线路的耦合关系74-77
4.4.1 系统坐标系的建立74-76
4.4.2 高压线巡检机器人与线路的耦合运动关系76
4.4.3 高压线巡检机器人与线路的载荷关系76-77
4.5 仿真计算与分析77-91
4.5.1 悬索的柔性特性77-78
4.5.2 柔性环境下高压线巡检机器人的线上作业分析78-91
4.6 本章小结91-93
第五章 高压线巡检机器人的控制系统93-119
5.1 引言93
5.2 高压线巡检机器人控制系统的硬件系统93-96
5.2.1 高压线巡检机器人本体控制系统的硬件结构93-96
5.2.2 高压线巡检远程控制系统的硬件结构96
5.3 高压线巡检机器人的线上作业控制96-105
5.3.1 线上作业的基本过程96-97
5.3.2 线上附属设备的辨识97-98
5.3.3 作业臂对高压线路的空间定位98-102
5.3.4 线上作业的自主规划102-105
5.4 高压线巡检机器人的姿态控制105-109
5.4.1 倾角的控制106
5.4.2 基于模糊控制系统的俯仰角控制106-109
5.5 高压线巡检机器人自主作业控制的软件设计109-114
5.5.1 自主作业控制软件的主要模块和功能109-111
5.5.2 各个模块的调度和通信111-113
5.5.3 自主作业控制的监控界面113-114
5.6 远程控制的软件设计114-118
5.6.1 远程控制的人机操作界面114-115
5.6.2 远程控制的程序115-118
5.7 本章小结118-119
第六章 实验119-130
6.1 实验条件119
6.2 实验内容119-129
6.2.1 线上移动实验119-121
6.2.2 越障作业实验121-126
6.2.3 控制系统的实验126-127
6.2.4 线上作业的能耗分析127-129
6.3 本章小结129-130
第七章 结论与展望130-133
7.1 论文的主要工作和结论130-131
7.2 论文的创新点131-132
7.3 展望132-133
参考文献133-139
附录 高压线巡检机器人的动力学方程139-142
作者在攻读博士学位期间公开发表的论文142-143
致谢143-144
欢迎：、、)
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