Dynamic simulation and experimental study of inspection robot for high-voltage transmission-line

A mobile robot developed by Wuhan University for full-path hotline inspection on 220 kV transmission lines was presented. With 4 rotating joints and 2 translational ones, such robot is capable of traveling along non- obstaclestraight-line segment and surmounting straight-line segment obstacles as well as transferring between two spans automatically. Lagrange’s equations were utilized to derive dynamic equations of all the links, including items of inertia, coupling inertia, Coriolis acceleration, centripetal acceleration and gravity. And a dynamic response experiment on elemental motions of robot prototype’s travelling along non-obstacle straight-line segment and surmounting obstacles was performed on 220 kV 1∶1 simulative overhanging transmission-line in laboratory. In addition, dynamic numerical simulation was conducted in the corresponding condition. Comparison and analysis on results of experiment and numerical simulation have validated theoretical model and simulation resolution. Therefore, the dynamic model formed hereunder can be used for the study of robot control.

Impacts of flexible obstructive working environment on dynamic performances of inspection robot for power transmission line

The rigid-flexible coupling dynamic modeling and simulation of an inspection robot were conducted to study the influences of the flexible obstructive working environment i.e. overhead transmission line on the robot’s dynamic performance. First, considering the structure of the obstacles and symmetrical mechanism of the robot prototype, four basic subactions were abstracted to fulfill full-path kinematic tasks. Then, a multi-rigid-body dynamic model of the robot was built with Lagrange equation, while a multi-flexible-body dynamic model of a span of line was obtained by combining finite element method (FEM), modal synthesis method and Lagrange equation. The two subsystem models were coupled under rolling along no-obstacle segment and overcoming obstacle poses, and these simulations of three subactions along different spans of line were performed in ADMAS. The simulation results, including the coupling vibration parameters and driving moment of joint motors, show the dynamic performances of the robot along flexibile obstructive working path: in flexible obstructive working environment, the robot can fulfill the preset motion goals; it responses slower in more flexible path; the fluctuation of robot as well as driving moment of the corresponding joint in startup and brake region is greater than that in rigid environment; the fluctuation amplitude increases with increasing working environment flexibility.

Hand-eye-vision based control for an inspection robot's autonomous line grasping

In order to ensure that the off-line arm of a two-arm-wheel combined inspection robot can reliably grasp the line in case of autonomous obstacle crossing,a control method is proposed for line grasping based on hand-eye visual servo.On the basis of the transmission line's geometrical characteristics and the camera's imaging principle,a line recognition and extraction method based on structure constraint is designed.The line's intercept and inclination are defined in an imaging space to represent the robot's change of pose and a law governing the pose decoupling servo control is developed.Under the integrated consideration of the influence of light intensity and background change,noise(from the camera itself and electromagnetic field)as well as the robot's kinetic inertia on the robot's imaging quality in the course of motion and the grasping control precision,a servo controller for grasping the line of the robot's off-line arm is designed with the method of fuzzy control.An experiment is conducted on a 1:1 simulation line using an inspection robot and the robot is put into on-line operation on a real overhead transmission line,where the robot can grasp the line within 18 s in the case of autonomous obstacle-crossing.The robot's autonomous line-grasping function is realized without manual intervention and the robot can grasp the line in a precise,reliable and efficient manner,thus the need of actual operation can be satisfied.

基于嵌入式系统的输电线路除冰机器人设计

阐述一种基于嵌入式系统的输电线路除冰破冰机器人,利用破冰锥的特殊结构进行除冰破冰。此装置以嵌入式系统,通过物联网设计、3D建模和打印技术应用,能够确保高效除冰。

可变重心线路巡检机器人摆振分析及抑制

针对野外输电线巡检机器人(power transmission line inspection robot,PTLIR)受自然风影响出现的机身摆动问题,提出一种在机器人的可变重心箱体中加装摆式动力吸振器(dynamic vibration absorber,DVA)的摆振抑制策略。描述了输电线系统与巡检机器人加装摆式动力吸振器的结构特点。基于Davenport风速谱与输电线系统的特点建立了风扰动模型。分析了机器人行走对输电线的影响,建立了简化后风扰动影响下机器人摆动的动力学模型,仿真了抑振前机器人在风扰动影响下的风振响应;基于拉格朗日方程建立了加装动力吸振器优化后的巡检机器人动力学模型,并完成了吸振器的参数设计。通过仿真不同风速下机器人的风振响应,验证所提出的振动抑制策略的有效性。基于改进结构下的巡检机器人样机,开展了室内风扰动试验。结果表明,所提出的吸振器抑振策略可在一定程度上抑制机器人的机身摆动,提高工作稳定性。该研究过程对其他摆式结构设备的振动抑制具有一定的参考价值。

输电线路清障飞行机器人双行走轮同步控制

传统架空输电线路异物清除作业无人机易受环境影响,作业困难且存在较多扰动等问题。基于此本文设计一种高空作业无人机挂线行走控制机构解决该问题。首先,根据输电线路环境与无人机作业模式,设计挂线行走机构,减弱高空作业时对无人机所受飞行作业扰动的影响;其次,针对清障机器人双行走轮转速同步存在误差问题,提出一种基于反向传播–比例积分微分(back propagation-proportional-integral-differential,BP-PID)主从融合偏差耦合的电机同步控制策略。通过仿真与实物实验验证表明,本文提出的挂线作业无人机双行走轮同步控制算法可有效解决电机因负载导致的转速不稳定以及高空作业无人机受环境扰动的问题。

基于无人机机载AI模块的电力巡检技术

针对输电线路无人机巡检实时性和准确性的要求,深入研究了YOLOv3目标检测算法在无人机巡检机载AI模块中的应用。利用将目标检测候选区选取和对象识别合二为一的YOLOv3算法,结合多尺度特征融合方式实现了目标检测的高准确性和实时优化,并采用残差块解决了模型退化问题。输电线路绝缘子检测结果表明:YOLOv3算法平均精度可达90%,相同条件下YOLOv3算法平均处理速度约为Faster RCNN算法的3.2倍,约为SSD算法的1.6倍。

输电线路间隔棒安装机器人平衡驱动系统设计

为使机器人所安装电路间隔棒保持均匀分布的状态,实现电量信号的稳定传输,设计输电线路间隔棒安装机器人平衡驱动系统。在电源供电体系中,利用驱动装置与间隔棒升降装置调节电量信号传输行为,完成机器人平衡驱动系统的设备结构设计。根据位姿解算结果与电力驱动强度表达式求解平衡方程,实现对平衡效应的分析,结合相关设备元件完成输电线路间隔棒安装机器人平衡驱动系统的设计。实验结果表明,利用所设计系统安装电路间隔棒,相邻棒结构的最大间隔距离不超过50.13 m,与理想间隔距离的差值较小,对于维持电路间隔的均匀分布状态、实现电量信号的稳定传输,可以起到一定的促进性影响作用。

特高压绝缘子检测机器人

针对500~1000 kV特高压输电线路中的160~550 kN瓷质型绝缘子串,设计了沿线路自主攀行的机器人,使得攀行过程中对每片绝缘子电阻的测量实现绝缘子串的带电检测。在考虑节能前提下平滑机器人作业路线,通过机械手抓手、绝缘连杆、旋转电机、检测探针及控制箱等机构的建立,实现机器人前向攀行及反向攀行动作。设计电机模块参数并采用Ansoft Maxwell软件对电机参数进行了仿真验证。通过模拟试验及样机测试验证了所提机器人检测系统的有效性。

输电线路巡检中的智能机器人应用

阐述物联网中的高效远程控制特点,它具有任务模块灵活多变、智慧电源系统和智能自学习系统的功能。探讨输电线路巡检中的智能机器人应用,包括自主越障、自动定位、自主故障诊断与复位。

基于YOLOv5的图像检测技术在线路巡检中的应用

小型化巡检机器人的应用可降低人工线路巡检的劳动强度并提高检测效率,同时改善人工巡检盲区等问题。介绍了小型化巡检机器人系统,同时基于YOLOv5及其改进算法,根据巡检机器人拍摄的图像制作数据集,并进行目标图像检测试验验证,表明改进后的算法具备更加精准的识别能力,有效保障了输电线路中设备的安全稳定运行。

高压输电线路巡检机器人的设计与仿真研究

为解决传统高压输电线路巡检方法出现的问题,聚焦于高压输电线路巡检机器人的设计与仿真。该机器人采用双臂对称结构,通过夹紧机构和俯仰模块提高越障能力。行走模块则采用开合式轮毂滚动机构,有效提升了机器人沿线行走的效率。结果显示,在越障过程中,该机器人表现出良好的稳定性和合理的驱动力矩波动。

输配电线路走廊树木修枝机器人的研究现状及其发展趋势

我国高压输电线路总长超过100万km,线路密布且广泛分布,大部分10 kV及以上的输电线路穿越山区林地,线路与树木之间的安全距离不足等问题会导致电线短路和起火等安全隐患。目前,传统的人工修剪方式已经无法满足实际大面积的输配电线路走廊修枝需求。为解决这一“线树矛盾”,保证输配网电力线路安全运行,基于输配电线路走廊树木的修枝机器人不断发展。首先对修枝机器人关键部件进行了介绍;其次依据作业方式分别阐述了4类修枝机器人的特点,并介绍了修枝机器人使用的感知和控制技术,包括视觉感知、触觉感知、运动路径规划控制等,然后对比了现有修枝机器人的功能特点;最后,对修枝机器人的现存问题和发展趋势进行了展望,可为相关电力技术应用提供参考。

高压输电线路的智能巡检技术分析

阐述智能巡检技术的特点,分析传统高压输电线路巡检技术中的问题及原因,探讨高压输电线路智能巡检技术的运用,包括无人机智能巡检技术、机器人智能巡检技术,从而提升线路运维效益。

智能机器人在输配电线路巡检中的应用

输配电线路的运行与维护一直是电力系统中的重要环节,而传统的巡检方法在效率、安全性、成本等方面存在一系列的问题。文章通过分析智能机器人技术的现状与发展趋势,探讨智能机器人在输配电线路巡检中的应用,旨在为电力系统的安全稳定运行提供更为可靠、高效的解决方案。

变胞式输电线路树障清除机器人智能遥控关键技术研究

探索变胞式输电线路树障清除机器人智能遥控关键技术,重点研究自适应轮毂机架技术,包括设计原理与结构优化、气动式实现方案和夹紧机构的设计与优化方法,探讨转向控制算法及树枝修剪技术,包括转向控制算法的设计与优化、基于视觉感知的树枝识别和修剪技术以及快拆式安装架的设计与优化,最后研究导线与修剪树干距离测量及避障技术,包括基于RTK定位的测量原理与算法、电场感应和激光雷达在避障中的应用,以及实时显示与监控系统的设计与开发.通过研究,提出了一套智能遥控变胞式输电线路树障清除机器人的关键技术实现方案.

混合级联特高压直流系统解/闭锁问题分析及对策

与常规特高压直流输电系统相比,逆变站采用电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)混合级联结构的特高压直流输电系统,在解/闭锁过程中存在诸多新问题。文中分析了一极运行时,另一全压热备用极的LCC因过电压保护动作跳闸的原因,提出了优化的准备运行就绪联锁逻辑,并以此为基础设计了整流站和逆变站之间的协调解锁时序;研究了故障闭锁过程中逆变站MMC出现过电流和LCC出现过电压的原因,提出了LCC优先投入旁通对、再在MMC交流电源切除后投入旁通开关的联合闭锁策略。最后,通过实时数字仿真和工程现场试验,验证了所提优化策略的可行性和有效性。

输电线路除冰机器人视觉定位方法研究

针对高压输电线路上的各种障碍物会影响除冰机器人的正常运行。为了提高机器人的越障能力,给出一种用于输电线路除冰机械人的视觉定位方法,用于机器人越障时的机械臂对准。使用Gabor变换把电缆线从背景中提取出来,然后用最小二乘法检测电缆线位置。通过不同光照度实验验证该定位方法的准确性和鲁棒性。实验结果表明,该检测方法可以在正常光照下准确定位,即使在高光照有部分纹理缺失时也有较强的鲁棒性。该研究为除冰机器人视觉检测方法的发展提供了一定的参考和借鉴。

高压输电线路机器人防滑挂线轮毂的H型3D打印装置的研究

针对目前桌面级3D打印机存在打印速度慢、打印精度低的问题,提出并设计了高压输电线路机器人防滑挂线轮毂的H型结构3D打印机。通过对3D打印机结构建模与运动学分析,建立了其数学模型,推导出其逆运动学方程;提出了H型结构3D打印机的控制算法,运用PID控制调节系统的输入信号和输出信号的误差,获得了3D打印机的稳定工作模式。试验结果表明,提出的H型结构的3D打印机的打印精度高于目前常见Prusa I3型结构,能够实现快速平稳打印,打印速度提高20%左右,末端执行器在80 mm/s速度下仍能平稳工作,且运动轨迹理想,应用前景好。