高压直流输电线路磁悬浮巡检机器人的关键技术研究

Inspection robot is a useful exploration of high quality power transmission for high-voltage DC transmission line inspection. In the current study the inspection robot moving on the line almost adopts the wheel drive mode drawn by DC Motor , with the complex drive mechanism,the heavy body , the large energy consumption and the difficulty to obtain the ideal inspection efficiency; on the other hand,for the complexity of the line surface environment, the robot 's moving which totally depends on the static friction between the line surface and the concave-groove of the moving wheel is difficult to avoid the slip of the moving wheel , so that the robot becomes difficult to control,and the abrasion between the moving wheel and line surface is intensified . The project proposes a new technology program of the magnetic levitation inspection robot on the high-voltage DC transmission line, the magnetic field around the high-voltage line and the magnetic levitation technology make the robot suspend above the line, and the robot is pulled by the Lorenz Force which replaces driven by the conventional motor, reducing the institutional complexity of the robot and the system energy consumption,improving the inspection speed; non-contact walking way eliminate the harmful wear and the control problems caused by skip. The program is a new exploration to inspection robot on high-voltage transmission line, to lay a foundation of the practical inspection robot with high efficiency, energy saving and light weight

采用机器人对高压直流输电线路巡检是实现优质电力输送的一种有益探索。目前研究的巡检机器人在线路上的行走多采用在直流电机牵引下的轮式驱动方式，驱动机构复杂，机体过重，能耗较大，而且难以获得理想的巡检效率；另一方面，由于导线表面环境的复杂性，这种完全依赖导线与行走轮轮槽之间的静摩擦力推动机器人移动的方式难以避免行走轮打滑现象的发生，从而使机器人变得难以控制，同时加剧了行走轮和线路表面的磨损。 本项目提出一种全新的高压输电线路磁悬浮巡检机器人的技术方案，利用高压线路周围的磁场，采用磁悬浮技术，使机器人能悬浮于线路之上，并利用洛伦磁力牵引机器人移动，从而取代传统的电机驱动方式，降低机器人的机构复杂度及系统能耗，提高巡检速度；无接触行走方式消除了有害磨损和因为打滑带来的控制问题。该方案是高压线路巡检机器人实现方案的一种新的探索，为实现高效、节能、轻巧的实用性巡检机器人奠定一定的研究基础。

为解决架空高压输电线巡检机器人行走打滑以及巡检效率问题，本项目首次采用了一种基于磁悬浮的巡检机器人的技术方案：利用高压直流导线周围的磁场，实现巡检机器人的零接触、无打滑、高效地移动方式。首先从原理上对基于高压直流磁场的磁悬浮方式进行模型设计，并运用理论和仿真工具对原理的正确性进行了研究和验证，在此基础上，设计了磁悬浮原理性最小系统并进行了相关实验，实验结果表明基于高压直流磁场的磁悬浮方式在原理上是正确的，在技术上是可行的；为实现磁悬浮运行方式的巡检机器人能合理高效地跨越障碍，设计了2种不同的越障机械结构：一种机构由平面连杆机构和丝杠螺母机构组成，具有两个自由度，通过对两个原动件控制，使机器人具有开合壳体，翻转避障的功能。另一种越障机构利用丝杆螺母实现机器人主体的张合运动，从而实现越障；最后对磁悬浮巡检机器人进行了控制系统设计，完成了系统集成，为实现具有真正实用功能的磁悬浮巡检机器人打下了基础。通过本项目的研究，不仅丰富了磁悬浮理论，开创了架空高压输电线路巡检机器人的全新的实现方案，也为输变电的巡检和维护工作提供了新的思路，这种基于零接触、高效的磁悬浮驱动方式的巡检机器人具备非常广阔的应用前景。项目资助发表论文10篇，其中2篇被EI收录；取得授权发明专利4项，申请发明专利5项；培养研究生4名。项目投入经费80万元，累计支出35.6113万元，结余经费44.3887万元，剩余经费计划用于本项目的后续研究支出。