《电力巡检机器人控制系统设计》文献综述
1.引言
输电线路的安全稳定运行直接影响到电力系统的可靠性，为避免大面积停电，工厂停工等严重事故的发生，进而造成重大的经济损失，电力公司需要定期的对输电线路设备进行巡检，以便了解其运行状态，及时发现缺陷，确定合理的运行维护策略，消除事故隐患。超高压输电线路主要依靠人工或航测两类检测方法，人工巡检的工作量及带电操作时的危险性都很大，而且所需的运行维护费用高。航测的优点是巡线效率高，但是，巡检费用昂贵，而且巡检质量受到气候、地理环境以及检测设备等因素的影响。如何利用机器人技术来提高巡检输电线路的效率并保障巡检人员自身安全已经成为国内外相关领域研究机构关注的一个热点。
2. 研究的目的及意义
人们都说 21世纪是一个信息网络爆炸的时代，显然新世纪才过了二十年不到，绝大部分人都已经感受到科学技术给当今生活所带来的改变。其中支撑着社会如此快速发展的一样重要能量是电，人们的生活没有电将变得一团糟，大多数日常生活中习以为常的活动开展都会变得十分困难，一个城市，一个国家的正常运行和发展已经离不开电了。因此保障电力供应安全就成为了保障国家战略性能源安全的重要组成部分。
针对现有的输电线路设备检测方法的不足，超高压输电线路巡检机器人应运而生。变电站巡检机器人是移动机器人的一种，以高压输电线路的地线为作业路径，通过利用各种传感器及其检测获得外部环境信息，实现自我定位，判定自身状态，根据目标进行轨迹规划运动，完成巡检任务[1]。能够在无人或少人的情况下，对变电站的高压设备进行实时监测，并对其运行状况进行分析，可大大提高变电站设备状态监测的准确性、实时性以及自动化水平，具有广阔的应用前景。随着采用机器人来替代或协助人完成输电线巡检作业的需求增长,输电线路巡检机器人成为国内外机器人领域的研究热点之一[2]。课题的研究对电力缆线及电力运行设备的安全具有一定的实际意义。
3.国内外研究现状
3.1国外研究现状
每年随着机器人技术的出现，其能代替人工承担操作难度大、精度要求高的工作，越来越多的为工业领域所关注。日本率先开展了应用于 500 k V 变电站的有轨巡检机器人[3]，日本三菱公司和东京电力公司在 20 世纪 80 年代就开始联合开发 500 k V 变电站巡检机器人，该机器人基于路面轨道行驶，使用红外热像仪和图像采集设备，配置辅助灯光和云台，自动获取变电站内实时信息。1989 年，美国公司 TRC 研发了一台自主巡线机器人样机[4]。该巡线机器人能沿架空输电线路行走，通过视觉设备检测绝缘子、电晕损耗以及压接头、结合点。1990 年，日本法政大学的 Hideo Nakamura 教授等人研制了新型的电力巡线机器人[5]。该巡线机器人采用多关节仿生体系设计方式和头部首先进行决策，尾部跟随头部运行的控制方法，以 10cm/s的速度沿导线行走，并能够跨越障碍物，如绝缘子、分支线等。2001年，泰国国王科技大学设计了世界上第一台自感应供电巡检机器人[6]。这款机器人的特点在于其动力来源于输电线路的互感取电，无需携带其他自带移动电源，可开展长时间的巡检工作，但是，由于自感应供电技术不完善同时还会引起携带感应取电装置带来的机器人越障困难，所以机器人未能成功研制。加拿大魁北克水电站研制的变电站巡检机器人在Hydro-Queacute;bec 多个变电站进行区域运行[7]，同样是搭载红外热像仪、可见光图像采集系统，实现了远程监控，并且配置了遥控装置，可实现对机器人的实时控制。2008年，关西电力与 Hibot 公司合资研发了远程高压线缆巡检机器人Expliner[8-11]，该机器人通过调整重心位置和轮臂的转动来越障，当它检测到障碍物之后，通过机械臂调整控制柜的位置实现重心的偏移，从而使手臂抬起，然后调节手臂转动关节使前臂绕过障碍物，用类似的方式使后臂越过障碍物。Expliner 的EMI/RFI 能达到 500KV 以上。
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