锡林郭勒电业局输电管理处 内蒙古锡林郭勒盟 026000
摘要：在电力作业中，一个重要内容就是将电流从高压线引流到各工厂、小区等用电场所。为了保证生产生活的不中断，需要在带电情况下完成作业，这对操作的精确性和安全性带来了很大考验。当前，操作员需要乘坐十几米高的升降平台，靠近高压电线，近距离手动完成高压带电作业。在带电情况下，人工操作十分危险，已有多起人员伤亡事故。因此，用机器人远程作业成为一种紧迫的替代方案。
关键词：带电作业；机器人；电磁防护；方法
引言
现代社会中，电能是生产和生活中的重要组成部分。为保障输电电路的正常运行，需要对输电电路进行经常检修、更换设备等操作，目前一般都采用人工带电作业的形式来进行。在这种作业方式中，操作人员需在高电压、强电磁辐射、高空的恶劣环境中工作，导致发生触电、跌落等事故。随着机器人、人工智能、智能控制等技术的发展，采用机器人代替人工完成高压带电作业已成为可能，这种作业方式将作业人员从高压、高辐射、高空的危险环境中解放出来，增加带电作业的安全性。其次，机器人在带电作业时可以使用专用工具，既保证了作业人员的安全，又在很大程度上提高了作业效率和作业质量，其应用前景非常广阔。
1输电线路带电作业机器人结构
输电线路带电作业机器人主要结构分为支撑支柱、机器人控制箱、机械臂等。控制箱内的机器人控制系统由大量电磁敏感元件组成，如果受到电磁干扰，会导致系统性能降低、传输通道失灵等，因此电磁分析与防护设计是保证机器人可靠工作的必要条件。由于无法抑制输电线路本身产生的电磁波，本文针对电磁波传播途径与提高元件抗干扰能力方面，提出利用双层屏蔽材料控制箱作为电磁防护屏障的电磁防护方法。
2高压带电作业机器人系统组成
所设计的高压带电作业机器人以最常见的11千伏高压线路为作业场景，为保证系统能安全稳定的工作，高压带电作业机器人系统主要包括绝缘斗臂车及升降系统、斗臂、机器人、专用工具、控制系统等。系统工作时，机器人安装在斗臂车内，升降系统将斗臂升到指定的位置，机器人按照作业要求抓取专用工具在控制系统的作用下，完成相应的作业。机器人作为系统的核心设备，采用6自由度串联形式。在机器人的组成部件中，机器人关节作为一个关键核心部分，其性能在很大程度上决定了机器人的性能。机器人关节将电机、减速器、制动器、控制与驱动电路等有机集成于一体。
3机器人机箱电磁场防护原理
3.1机箱的电场屏蔽原理
电场屏蔽的目的是将干扰源发出的电场线终止到屏蔽体上，切断电磁敏感源与干扰源之间的联系。空心矩形屏蔽导体被放置在电场中，电场强度为E0，在外部电场力的作用下，导体中的自由电子重新分布。导体内电荷的重新分布将形成一个新的电场Ei，与外部电场的强度方向相反。根据场强叠加原理，导体中的电场强度等于E0与Ei的矢量相加。当导体内的总电场强度为零时，导体中的自由电子不再运动，导体内的场强处处为零，处于静电平衡状态。所以导体内部不受外加电场的影响，电荷只分布在导体的外表面。
3.2激光雷达与相机联合标定
在同一场景、同一时刻，激光雷达点云数据与相机图像数据描述的场景和物体相同，因此需要通过激光雷达与相机的联合标定，确定激光雷达点云数据相机像素点之间的对应关系。激光雷达与相机之间使用金属结构件进行刚性连接，激光雷达与相机的相对位置保持不变，保证在相机成像范围内每个激光雷达扫描点有且仅有一个图像像素点与之对应。金属结构件采用绝缘漆涂层，外部安装10kV绝缘外壳，防止10kV高压电伤害硬件系统，导致识别定位系统工作异常。识别定位系统与车体上固定的直线滑台模组进行刚性连接，从而保证整套在结构上的稳定性。机器人进行断接引流线时需要识别竖直方向的引流线和水平方向的行线，因此识别定位系统分别在竖直和水平方向安装一套系统进行导线定位。
3.3双层材料电磁场屏蔽方法
电导率越高，电场屏蔽效果越好，磁导率越高，磁屏蔽效果越好。但是磁导率越高的铁磁材料越易发生磁饱和。磁感应强度B随着外界干扰磁场强度H增加，直至B达到磁饱和磁感应强度BO时不再变化，由μ=B/H可知，如果H继续增加，磁导率急剧减小，导致磁屏蔽效果降低。
3.4 DBSCAN聚类方法
激光雷达测量是通过激光发射到被测量物体表面并计算反射回来的时间，从而获得被测物体的距离。因此，激光雷达对于反射率较低的黑色物体或容易产生角度偏差的圆柱形物体测量效果较差，会产生较多的噪点，导致测量结果有偏差。配网带电作业机器人识别的导线是黑色圆柱状且线径小于30mm，因此直接获得的原始数据结果较差，需要进行去噪处理。聚类算法广泛应用在激光雷达数据分析、图像处理等领域，其原则是将相似性较高分散的样本集合成若干簇，从而尽可能真实地描述数据的形态。DBSCAN的聚类方式是基于密度的空间聚类方法，根据点云数据量的多少将获取的点数据分类从而去除点数较少的噪声簇类，获得更加精准的物体坐标描述。该算法能够实现快速聚类，将密度足够高的点云数据分割，有效分离出噪声点。
4带电作业机器人现场实验
4.1机器人抗电磁干扰实验
为了验证电磁防护方法的有效性，进行模拟现场实验。将机器人悬挂于一条长约3m的钢芯铝绞线上，分别将110kV/330kV电压及500A电流加在钢芯铝绞线上，检查机器人系统运行是否正常，包括机器人响应地面基站的实时性和准确性、以及地面基站接收机器人反馈信息的实时性和准确性。
4.2实验结果及评价
总体实验结果表明，总体匹配成功率达９９％以上，识别成功率高，且实时性好。因此在带电作业机器人的实际应用时，可以满足工业需求。为了衡量算法的重复匹配误差，记录了多次匹配的结果，以检验误差的范围。对线缆，记录了５次实验的结果。其中，每次匹配得到的线缆由１组点集表示，点集中的每个点ｐｉ＝（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）表示小段线缆的中心位置。匹配得到的线缆。取线缆相同位置作为衡量标准，实验的方差为７．８２ｍｍ，误差不超过６．００ｍｍ。图８ 多次匹配结果比较对熔断器，记录了１５次匹配结果，以几何中心代表物体位置，方差为２．１７ｍｍ，匹配得到的误差不超过７．００ｍｍ。匹配精度在ｍｍ级别，达到了工程上的精度要求。经过实验验证，将视觉匹配算法得到的目标物体位置发送给作业机械臂，能够精确地到达指定位置，并完成作业。
结束语
带电抢修作业机器人运动控制模型构建问题，实际上就是带电抢修作业机器人运动协调控制问题。本文采用C空间法和改进的A*搜索算法对机器人的双臂避障路径进行规划，提出来一种协调机器人双臂免碰撞的控制方法。最后，通过实验仿真证明了该方法的可行性。实验证明，该方法在带电抢修作业机器人的实际工作中避碰切实有效。
参考文献
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