砍树机器人的开发及应用

2020-12-29蔡邱申

机电信息 2020年36期

蔡邱申

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门529000）

0 引言

目前，树障管理是输电运维工作中的重点问题，江门供电局辖区众多线路跨越山地林区，线路范围内植物繁多。江门地处亚热带，气候常年温暖湿润，植物生长速度快，桉树、竹树等高杆植物尤多。而线路范围内的高杆植物生长超过一定高度会对输电线路的运行造成威胁，严重时会导致线路跳闸，影响电网的安全稳定运行。因此，如何解决树障问题成为了输电管理一所线路日常运维工作的一大难题。当进行高杆植物砍伐时，由于树木与带电导线距离较小，再加上砍伐作业环境复杂多变，高杆植物与带电导线的距离可能会小于安全距离，从而使得带电导线对高杆植物进行放电，危及作业人员的生命安全。

1 清除树障存在的问题

在输电线路运维过程中，工作人员发现有树木威胁电网安全，需对树障进行清理时经常遇到树木的种植主人不允许整棵树砍倒，只允许修剪树尾和横枝的情况。而现有修剪树尾和横枝的工作方法有以下3种：（1）高空斗车处理；（2）高枝油锯或勾镰处理；（3）爬梯登高处理。其中高空斗车处理树障受地形条件影响，只适用于平坦处；高枝油锯或勾镰处理和爬梯登高处理作业高度有限，不方便且不全部适用。

2 确定课题

现研制一种砍树机器人，应用于日常输电线路树障砍伐，可攀爬树木砍伐超过线路安全距离的枝干。相较于传统人工砍树，砍树机器人一方面为作业人员节省了作业时间，降低了作业强度；另一方面可以从树木的任意高度进行砍伐，保证线路安全运行。相较于传统机械砍树，砍树机器人具有携带方便、操作简单、适用范围广、减轻作业人员劳动强度等优点，可用于山地等多种复杂地形。

3 砍树机器人的设计

3.1 提出方案

据统计，输电线路树障多为桉树，桉树有以下几个特点：树木笔直，树干从下往上呈现从粗到细的状态，树身的横枝较少。鉴于此，设计的砍树机器人需具备以下几个特点：

（1）配备树木分枝锯，能够清除上升阶段的树木分支；

（2）配备树木砍伐锯，能够砍伐树木；

（3）配备远程遥控装置；

（4）制作电路板，控制电动机运行、停止；

（5）配备树木倒向控制装置，保障电网和人身安全；

（6）结构强度需满足上树阶段的动力需求；

（7）轮的耐磨性能应能保障机器人完成上树、下树整个过程。

根据方案需求，结合当前技术思路，得出方案图，如图1所示。

图1 方案图

3.2 设计初步使用图

使用AutoCAD画出模型的三视图，如图2所示。

图2 砍树机器人主视图、俯视图及左视图

3.3 技术原理

砍树机器人由电路控制部分、机械部分、控制断枝倒向部分组成。

（1）电路控制部分由动力部分及遥控部分组成。动力部分由24 V电池组成，驱动功率为500 W的电机，带动主动轮运动；遥控部分采用蓝牙遥控模块，使用手机蓝牙对机器人进行远程控制。

（2）机械部分由攀爬装置和砍树装置组成。攀爬装置由两个动力轮及六个辅助轮组成，六个辅助轮分别固定在两个可拆卸的圆形不锈钢环上，动力轮固定在连接两圆形不锈钢环的直材上，使用过程中，将可拆卸的不锈钢环拆分为两个半圆环，利用弹簧使分开的两个半圆环与树干保持夹紧状态，轮子与树干形成锐角，启动电机使机器人旋转上升，上升阶段通过控制动力轮的转速来控制攀爬的速度和高度。砍树装置由两把固定式往复锯组成，竖锯与树干保持平行状态并贴合树干，用来修剪上升过程中的横枝；横锯与树干形成垂直状态，用来对树干进行砍伐。

（3）控制断枝倒向部分由液压顶及控制电路组成。液压顶安置在机器人顶部，与树木保持一定角度，锯树期间控制液压顶，使液压顶顶住被锯树干，进而控制断落树木倒下方向。