摘要：随着经济和科技水平的快速发展，防振锤是架空高压输电线路的重要组成部分，当架空线发生振动时，防振锤通过两端重锤的上下运动消耗架空线的部分振动能量，从而降低架空线的微风振动强度。然而输电线路架设在野外并长期暴露在空气中，受风雨侵蚀或不良气象条件影响，防振锤易产生锈蚀变形或锤头断裂等损坏现象，特别是老旧架空输电线路运行年限长，防振锤损坏现象有逐年上升趋势，使得带电更换或安装防振锤等检修工作日益频繁。目前，防振锤更换作业主要是通过带电作业人员携带工器具及防振锤登塔并在输电线路上人工独立完成，作业过程中劳动强度大、效率低、危险性高。因此，研制高压输电线路带电更换防振锤机器人来替代人工带电作业具有重要意义。
关键词：机器人；更换防振锤；机械构型；控制方法
引言
高压电力线缆是电能传输的重要通道，多分裂输电导线是电力传输的主力，而防震锤是双分裂高压输电导线上的重要金具，由于恶劣的服役环境，经常会出现防震锤钢绞线变形、锤头及螺栓丢失等故障发生，严重影响输电线路的正常运行。国内外研究表明利用机器人代替人工进行输电线路检修作业是一种行之有效的手段，基于此，面向双分裂高压超高压导线防震锤检修作业，提出了相应的防震锤检修机器人基本构型和检修作业运动规划，建立了机器人的三维实体模型，为精简机器人连杆结构和关节参数，剔除机器人冗余机构，基于机器人运动学模型，利用蒙特卡洛法对末端作业空间进行了仿真分析，通过缩短机器人的连杆参数，优化精简机器人的结构，一定程度上可以节省机器人开发成本。最后，开发了结构紧凑型机器人虚拟样机，并提出了泛在电力物联网背景下的电力机器人新型控制体系架构，为电力系统运维管理一体化技术奠定了坚实的理论基础。
1机器人上下线作业任务分析
在将输电线路机器人挂载到输电导线上（上线作业）和从输电导线上将其取下时（下线作业），由于风流、重心等原因机器人不可避免地出现摆动现象，这给输电线路机器人上下线平台作业带来巨大挑战。为满足智能带电作业要求，如图1所示，本文提出了一种由上下线平台协助机器人完成上下线作业的方案，确保作业安全稳定高效，总体方案如下：（1）利用运输车将上下线平台和机器人一起送到指定地点；（2）利用无人机将起重绝缘绳挂上输电导线；（3）上下线平台在起重绞盘和起重绝缘绳牵引下平衡上升或下降，将机器人和下线平台运送到导线附近；（4）机器人自主上线或下线后，再与上下线平台自主分离或对接，机器人上下线完成。
2机器人作业对象与作业原理
输电线路作业环境、防震锤结构模型及典型故障。防震锤通过线夹与输电导线相接触，线夹通过螺栓与导线固定在一起，更换防震锤作业主要由螺栓拧紧机构与防震锤夹持机构来完成，其中螺栓紧固机构由一个旋转副进行螺母的紧固，旋转轴与套筒之间同样设置为十字铰连接，以适应不同倾角的螺栓，进而套住螺母，进行螺栓的紧固，夹紧机构通过可以相向运动的夹爪夹持防震锤线夹，夹爪同样通过丝杆螺母机构传动实现移动，传动丝杠采用正反丝杆，通过丝杆的转动带动两夹爪的相互合拢与分开，从而实现防震锤的夹持和松开两种动作，承托机构可以实现安装与拆卸防震锤的暂时托举，通过上述关节运动可实现双臂机器人携带双机械手对线路防震锤的更换作业。当输电线路防震锤出现锤头丢失、钢绞线弯曲变形、螺栓丢失等典型故障时均需要及时对故障防震锤进行更换，以保证输电线路的正常稳定运行。
3防振锤更换作业方法探究
3.1防振锤更换作业流程
防振锤更换作业整体可分为两大过程：1）取下旧防振锤。作业时机器人首先需携带完好的防振锤上线，上线后驱动行走电机使机器人越过导线上的防振锤并运动到其正下方。
之后驱动横移关节运动使另一未携带防振锤的作业末端夹爪对准防振锤钢绞线，然后根据摄像头观察的图像，驱动行走臂收缩使机箱向上移动，并使定位夹爪相对靠拢直至夹紧防振锤。夹紧防振锤后，驱动伸缩对准关节上移使拧螺栓套筒对准防振锤螺栓，拧松螺栓直至防振锤脱离导线，然后驱动螺栓紧固装置后移退出螺栓、驱动行走臂伸缩关节下降使防振锤与导线互不干涉。2）安装新防振锤。机器人在安装新的防振锤时，首先驱动横移关节运动使新防振锤移动至导线正下方，之后行走臂收缩使防振锤线夹靠近导线直至导线进入线夹中，然后驱动螺栓紧固装置上移使套筒对准防振锤螺栓，拧紧螺栓后驱动定位夹爪相对远离从而松开新防振锤，最后驱动螺栓紧固装置后移退出螺栓头并使行走臂下降，从而完成新防振锤的安装。
3.2电力机器人新型控制体系架构构建
泛在电力物联网（UPIoT)是智能电网运维管理一体化的发展趋势和建设方向，基于所开发的电力机器人，智能电网物联网控制体系架构采用可空中-线上-地面方式实现，主要包括空中卫星、线上无人机、机器人，线下地面基站、控制室，以此所构成三维立体控制模式。空中采用雷达、卫星实现对输电线路通道故障的实时动态高效监测；输电线路上采用机器人结合无人机巡检作业方式近距离发现线路故障；地面以输电线路导线上的边缘计算设备对线路进行实时监控，通过上述方式监控中心可以与现场作业环境下机器人同时进行双向数据与信息交换，从而形成一个由输电线路/作业环境、机器人、监控中心三位一体的电网智能运行维护平台。在这个平台中，机器人作用是辅助或者替代人工，能够大大降低作业风险、提高作业效率、围绕电力系统大数据将衍生出多种应用模式，实现现代物联网技术与电力系统的深度融合。
3.3上下线平台与机器人的对接组件
上下线平台的四个对接夹爪可沿对接夹爪滑块导轨方向箭头所示方向收缩和扩张。当对接夹爪上下线平台与机器人的对接时，机器人预先到达指定位置，然后缓慢下降，停放在上下线平台的对接标识线以内，然后对接夹爪收缩后扣住机器人对接脚，所示对接夹爪将机器人固定在对接台上。同理，对接夹爪扩张后，机器人与上下线平台即可分离。
结语
应智能化电网时代需求，近年来输电线路带电作业机器人的研究工作成为电气领域焦点。国外架空输电线路巡检机器人的研究开始于20世纪80年代，典型代表有加拿大魁北克水电研究院及其研制的“LineScout”巡线机器人,一种具有双作业末端的带电更换防振锤机器人构型，制定了机器人更换防振锤的作业规划，提出了一种易于扩展、通用性强的机器人关节运动模型及其控制方法。通过工频耐压试验与实际线路作业试验验证：该机器人可完成跨越防振锤及拆取、安装防振锤等作业任务，机械臂与作业末端工作空间无干涉，关键动作定位满足要求。
参考文献
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