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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 超高壓特種作業(yè)機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品是一種用于500kv六分裂高壓架空線路巡檢和維修的機(jī)器人，具有常規(guī)的線路巡檢功能，并且可以用自身維修機(jī)械手對(duì)出現(xiàn)的線路故障進(jìn)行修復(fù)，可實(shí)現(xiàn)自主上、下線，線上自主行走、越障等，動(dòng)作迅速、高效，并可以在自身出現(xiàn)故障時(shí)完成自救。同時(shí)可以作為高壓線日常維護(hù)工作的機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)，拓展出多種帶電作業(yè)功能。
- 詳細(xì)介紹：
- 國(guó)外在巡線機(jī)器人領(lǐng)域的研究起步較早，從20世紀(jì)80年代末開始，日本東京電力公司、美國(guó)TRC公司等先后開展了巡線機(jī)器人的研究工作。但他們研制的巡線機(jī)器人工作需要人工參與，或只能完成兩線塔之間電力線路的檢查，作業(yè)范圍小、自治程度低。 國(guó)內(nèi)關(guān)于輸電線路巡線機(jī)器人研究起步較晚，2002年開始，針對(duì)110kV、220/330kV和500kV輸電線路，國(guó)家863計(jì)劃支持了3個(gè)巡線機(jī)器人方面的項(xiàng)目研究。目前基于高壓巡線機(jī)器人進(jìn)行高壓輸電線路維修還是一個(gè)有待探索的領(lǐng)域。就目前的情況看，同類成果普遍存在以下問題： 1.需要人工將機(jī)器人送上高壓線，作業(yè)難度大、危險(xiǎn)性高； 2.單線行走，穩(wěn)定性差，遇風(fēng)擺動(dòng)攝像效果不好，行走效率低； 3.越障機(jī)構(gòu)自由度多，控制系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性低； 4.使用機(jī)器人對(duì)高壓輸電線路的故障修復(fù)還處于探索階斷，多數(shù)是人工上線修復(fù)。 超高壓特種作業(yè)機(jī)器人采用單自由度、雙線行走機(jī)構(gòu)跨越障礙，八條臂只由兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)張合，越障動(dòng)作簡(jiǎn)單，大大簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)。配有自動(dòng)升降機(jī)，機(jī)器人可以自動(dòng)上線和下線，而不需人工將其放到高壓輸電線上。六自由度維修機(jī)械手的運(yùn)用解決了高壓輸電線路帶電檢修難度大、危險(xiǎn)性高的難題，其可以修復(fù)機(jī)器人檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的故障，如對(duì)松動(dòng)螺絲的緊固、缺失銷釘?shù)难a(bǔ)充安裝等。利用超聲波測(cè)距可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)越障，高清攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控線上狀況。帶電作業(yè)機(jī)器人的后期開發(fā)平臺(tái)廣，還可以作為帶電作業(yè)移動(dòng)平臺(tái)拓展安裝斷股檢測(cè)、除冰除霜等裝置。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本作品具有工作效率高，工作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。本作品主要有以下功能： 1、自動(dòng)上下線功能。自動(dòng)上下線由超高壓特種作業(yè)機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)和升降機(jī)配合完成。上線時(shí)：先將絕緣繩搭到架空輸電線路上，然后升降機(jī)搭載超高壓特種作業(yè)機(jī)器人攀絕緣繩爬上架空輸電線路，待機(jī)器人在架空電線上停穩(wěn)后升降機(jī)與機(jī)器人脫離返回地面，升降機(jī)返回到地面后地面人員將絕緣繩撤下，機(jī)器人開始沿線巡檢。下線時(shí)：先將絕緣繩搭到事先選定的下線位置，特種作業(yè)機(jī)器人運(yùn)行至下線位置，升降機(jī)接收控制信號(hào)攀絕緣繩上線，到與特種作業(yè)機(jī)器人結(jié)合時(shí)升降機(jī)停止上升。特種作業(yè)機(jī)器人內(nèi)外臂張開，然后隨升降機(jī)一起返回地面，待機(jī)器人返回地面后撤下絕緣繩。該方式具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1)操作方便簡(jiǎn)單，節(jié)省人力物力，人工干預(yù)少，效率高； 2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)； 3)控制精度高、響應(yīng)快； 4)過程操作安全。 2、自動(dòng)越障功能。本作品跨越障礙采用八臂組合交替式雙線越障行走機(jī)構(gòu)即單自由度、雙線行走機(jī)構(gòu)，八條臂只由兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)張合，通過內(nèi)外臂交替開合，交替前進(jìn)跨越障礙，機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，且兩組臂之間實(shí)現(xiàn)互鎖，保證了機(jī)器人在越障的時(shí)候總有一組臂合著，提高了越障可靠性。與傳統(tǒng)巡線機(jī)器人相比，其優(yōu)勢(shì)如下： 1)越障動(dòng)作迅速、可靠； 2)穩(wěn)定性高； 3）行走機(jī)構(gòu)為單自由度，控制簡(jiǎn)便、可靠性高； 4）控制精度高。 3、檢修功能。檢修主要通過機(jī)器人上裝有的高清攝像頭以及其他傳感器對(duì)輸電導(dǎo)線、架空地線、桿塔設(shè)施、線路交叉跨越以及通道情況進(jìn)行巡檢作業(yè)，并實(shí)時(shí)向地面工作人員傳回線上的信息，通過機(jī)器人的智能處理器判斷以及地面人員對(duì)所傳回信號(hào)的分析、對(duì)比判斷線路是否有故障或存在隱患。及時(shí)通過伺服控制機(jī)器人所帶機(jī)械手進(jìn)行實(shí)時(shí)的維修，（如松動(dòng)螺絲加緊、缺失銷釘?shù)难a(bǔ)裝等），將損失降至最低。 4、自救功能。當(dāng)主體機(jī)器人在線上自身出現(xiàn)故障無法工作時(shí)，可通過機(jī)器人升降機(jī)實(shí)現(xiàn)自救。機(jī)器人行走模塊作品有較多較高的創(chuàng)新之處，其中主要的創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1). 八臂組合交替式雙線越障行走機(jī)構(gòu)； 目前，高壓輸電線路巡線機(jī)器人都是采用架空地線單線巡線的方法，穩(wěn)定性不好。而且機(jī)器人自由度多控制難度大，跨越障礙速度慢且工作可靠度低。而八臂組合交替式雙線越障行走機(jī)構(gòu)時(shí)刻都有四個(gè)輪子分別壓在兩條同相導(dǎo)線上，所以穩(wěn)定性好，而且是單自由度控制簡(jiǎn)單方便。不論是行走速度還是跨越障礙的速度均遠(yuǎn)快于現(xiàn)有巡線機(jī)器人。我們的超高壓特種作業(yè)機(jī)器人一次越障時(shí)間僅為14S。 2）.現(xiàn)有高壓輸電線路巡線機(jī)器人都是依靠人工將機(jī)器人送上高壓輸電線路，仍存在高空作業(yè)和帶電作業(yè)的問題，工作難度大、危險(xiǎn)性高。我們的升降機(jī)只需依靠一條絕緣繩就可以將超高壓特種作業(yè)機(jī)器人送達(dá)高壓輸電線路而不需電力工人上線。這樣大大的降低了工作難度及危險(xiǎn)性。 3). 將多自由度機(jī)械手與高壓巡線機(jī)器人結(jié)合，可同時(shí)完成高壓輸電線路的故障檢測(cè)與維修；與現(xiàn)有巡線機(jī)器人相比，超高壓特種作業(yè)機(jī)器人不但具有其通用的功能即巡線檢測(cè)功能，而且超高壓特種作業(yè)機(jī)器人上裝有自主開發(fā)的六自由度維修機(jī)械手，這樣機(jī)器人不但有巡線檢測(cè)的功能而且還同時(shí)具備了故障維修功能。 4). 多功能控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人攜帶機(jī)械手的伺服控并進(jìn)行實(shí)時(shí)維修；多功能控制臺(tái)可以向升降機(jī)、主體機(jī)器人發(fā)送控制指令。不但可以做到控制升降機(jī)的自動(dòng)上下線，而且可以對(duì)超高壓特種作業(yè)機(jī)器人的工作模式做出選擇。多功能控制臺(tái)上安裝的機(jī)械手伺服控制手柄可以實(shí)現(xiàn)對(duì)超高壓特種作業(yè)機(jī)器人上的維修機(jī)械手的遠(yuǎn)程伺服控制，通過地面遠(yuǎn)程控制對(duì)故障進(jìn)行維修。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.設(shè)計(jì)目的：旨在代替人類從事危險(xiǎn)的超高壓架空輸電線路檢測(cè)、維修工作，降低檢修難度和成本，保證高壓輸電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 2.基本思路：超高壓特種作業(yè)機(jī)器人主要包括三個(gè)部分，機(jī)器人升降機(jī)、機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)（即主體機(jī)器人）以及維修機(jī)械手。 機(jī)器人升降機(jī)可搭載主體機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下線，并可在機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)線上出現(xiàn)故障時(shí)完成機(jī)器人自救。主體機(jī)器人采用八臂組合交替式雙線越障行走機(jī)構(gòu)，即單自由度、雙線行走機(jī)構(gòu)，本行走機(jī)構(gòu)八條臂分為內(nèi)外兩組，分別由一臺(tái)電機(jī)控制其張合，通過內(nèi)外兩組臂的交替張合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人越障。維修機(jī)械手安裝在機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)的背部，其主要功能是通過地面遠(yuǎn)程伺服控制完成線上故障的修復(fù)等動(dòng)作。 3.創(chuàng)新點(diǎn)： 1)八臂組合交替式雙線越障行走機(jī)構(gòu)； 2)自動(dòng)上線、下線升降機(jī)； 3)將多自由度機(jī)械手與高壓巡線機(jī)器人結(jié)合，可同時(shí)完成檢測(cè)與維修； 4)多功能控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人攜帶機(jī)械手的伺服控制并進(jìn)行實(shí)時(shí)維修； 4.技術(shù)關(guān)鍵： 1）自動(dòng)上下線； 2）快速自動(dòng)越障，自動(dòng)巡線檢測(cè)； 3)通過地面遠(yuǎn)程控制伺服機(jī)械手進(jìn)行實(shí)時(shí)檢修。 5.主要技術(shù)指標(biāo)： 1）機(jī)器人八臂單自由度越障機(jī)構(gòu)； 2）六自由度維修機(jī)械手； 3）機(jī)器人整機(jī)重量40Kg； 4）行駛速度10m/min,最大爬坡角度30°； 5）越障平均行走速度5.1m/min; 6) 升降機(jī)最大載重量達(dá)到100kg，負(fù)載平均爬升速度約5m/min。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.將多自由度機(jī)械手與高壓巡線機(jī)器人結(jié)合，可同時(shí)完成檢測(cè)與維修。 2.自行設(shè)計(jì)的升降機(jī)無需人工參與可以實(shí)現(xiàn)巡線機(jī)器人自主上、下線，避免了人工高空帶電作業(yè)所帶來的一切危險(xiǎn)，具有操作簡(jiǎn)單、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。 3.利用超聲波測(cè)距，檢測(cè)障礙物，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)越障自動(dòng)巡線檢測(cè)，操作方便。 4.當(dāng)機(jī)器人在線工作出現(xiàn)故障時(shí)可以由升降機(jī)完成自救。 5.可作為帶電作業(yè)移動(dòng)平臺(tái)，搭載多種作業(yè)設(shè)備。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 本超高壓特種作業(yè)機(jī)器人的屏蔽方法已經(jīng)于2010年年底在通遼市農(nóng)電局通過了50KV等電位實(shí)驗(yàn)的測(cè)試，樣機(jī)工作正常，達(dá)到了預(yù)期的屏蔽效果且無線通訊以及電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)完全正常，結(jié)果符合理論設(shè)計(jì)。特種機(jī)器人越障方案也已通過了實(shí)驗(yàn)證實(shí)，穩(wěn)定、可靠。機(jī)器人升降機(jī)負(fù)載爬升能力也通過了大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，負(fù)載工作穩(wěn)定、可靠。升降機(jī)最大載重量達(dá)到100kg，負(fù)載平均爬升速度約5m/min。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 產(chǎn)品聯(lián)合開發(fā)或技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 樣機(jī) 圖紙 磁盤 現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1、將絕緣繩搭架在輸電線路上。 2、利用升降機(jī)將高壓特種作業(yè)機(jī)器人沿著絕緣繩送達(dá)高壓輸電線路上。 3、待機(jī)器人停穩(wěn)后升降機(jī)自動(dòng)返回地面，機(jī)器人開始巡線、檢修。 4、當(dāng)檢測(cè)到線路出現(xiàn)問題或存在安全隱患時(shí)，通過伺服控制檢修機(jī)械手進(jìn)行故障修復(fù)。 5、巡線、檢修完畢，升降機(jī)將機(jī)器人接回地面。技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本作品具有控制簡(jiǎn)單工作效率高、安全可靠、操作方便、實(shí)時(shí)檢修等優(yōu)點(diǎn)。 作品適應(yīng)范圍：該超高壓特種作業(yè)機(jī)器人適用于低于500KV的高壓輸電線路的巡線、檢修。 市場(chǎng)分析：我國(guó)高壓線覆蓋范圍廣，高壓線的檢修工作極為重要。目前人力巡線、直升機(jī)帶電檢修等都存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)用高的問題，而且存在不少人工不能到達(dá)的巡線“盲區(qū)”。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品比較，該作品具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易、安全可靠、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)突出。而高壓線的巡檢、維修又必不可少，有很大的市場(chǎng)需求，現(xiàn)有產(chǎn)品又不能夠充分地滿足需求，這樣一來本作品可以彌補(bǔ)不足，進(jìn)而占有市場(chǎng)，從而帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 國(guó)外在巡線機(jī)器人領(lǐng)域的研究起步較早，從20世紀(jì)80年代末開始，日本東京電力公司、美國(guó)TRC公司等先后開展了巡線機(jī)器人的研究工作。但他們研制的巡線機(jī)器人一般需要人工參與，或只能完成兩線塔之間電力線路的檢查，作業(yè)范圍小，自治程度低。 國(guó)內(nèi)關(guān)于輸電線路巡線機(jī)器人研究起步較晚，2002年開始，針對(duì)110kV、220/330kV和500kV輸電線路，國(guó)家863計(jì)劃支持了3個(gè)巡線機(jī)器人方面的項(xiàng)目研究。目前基于高壓巡線機(jī)器人進(jìn)行高壓輸電線路維修還是一個(gè)有待探索的領(lǐng)域。從國(guó)內(nèi)外已取得的研究成果來看，普遍存在以下不足： 1.需要人工將機(jī)器人送上高壓線，存在作業(yè)難度和危險(xiǎn)性； 2.單線行走，穩(wěn)定性差，遇風(fēng)擺動(dòng)攝像效果不好；3.越障行走機(jī)構(gòu)自由度多，控制系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性低；
