基于从变电站内高空吊拆接地线的零点五自动机械手设计

隋之林 刘艳 李茂 陈春利 段秀娟 杨磊

摘要：以在某五百kV的变电所二十米高处挂拆接地线路为例，阐述专门使用在高处挂拆接地线路的零点五自动机械手的设计原理，利用机械手取代了传统人工操纵设备来挂拆接地线路，以减少危险性和对人身健康的危害。

关键词：变电所;高处挂拆;零点五自动机械手

引言

安装拆卸接地的作业是电气中风险很大的作业，把机器人技术和安装拆卸接地作业结合起来，克服在高空安装拆卸接地作业的缺点日益突出。以下将从实际情况出发，分析并探讨怎样利用机械手的运用进行吊拆接地作业。

一.常规挂拆接地线方法

在现有的500kV和接地线下，通常通过机械升降机将工作人员送至高空。以下是基于500kV和高压线下地线暂停和拆除各阶段危险点的定量分析，以及整个操作的风险评估。以500kV和平变电站为例，在20m的高度进行了地线的悬挂和拆除，从高处坠落和诱发触电的风险非常高。特别是，如果机械升降机由于变电站的限制而上升和下降，则在上升和下降过程中必须小心，否则会增加意外撞击周围高压线路的风险。即使线路处于断电状态，开路线路也对应一个大的充电电容器，存在自放电的可能性。就时间而言，从电路中挂断和移除导线至少需要1小时，而且时间成本相对较高。

针对常规挂拆接地线方法的不足，提出改进措施，特别是论证了由可视化手持智能终端控制无线机器人进行作业的自动机械手挂拆接地线方法，可以取得良好的效果。

二.基于变电站高空的自动吊拆接电线机械手设计

建立了五百kV以上高压输电线路高空吊拆接地线路的标准作业模式，并研发了全新人工智能机器人吊拆接地线路数据可视化技术网络平台，以机器手代替人工方式完成作业，由图像可视化技术手持智能终站控制无线机械人进行高空作业支持矢量版图技术，3D卫星版图技术，并支持多用户监控，彻底改变了传统人工操作方式装拆五百kV以上高压供电线路或接电线的风险较大的工作，减少停电检修工作时限，以减少风险和对人身健康的危害。

三.硬件设计

机器手必须采用三坐标式工作原理：分别是X轴，Y轴，Z轴三方位，这样才能合理的调节机器手工作的可调控;传动系统构造上我们选用了滚珠丝杆，垂直导轨，密封角接触轴承行业，联轴器，同步带和同步带轮，以确保精密传动系统，精确定位，能有效的替代人工作业，同时又减少了人工操作的触电危险性。电动机方面选用的是五十七步进电动机和相应的驱动器，实现了整个行程，在可遥控的状况下，2～3分钟内实现整个行程，对于现场作业的机器手来说，可在无风险的前提下进行机器手挂接线工作，同时，设计了可随时分离的电子装夹，用快速夹具夹住高压电缆就可实现分析和测量，将机器手的动作通过手持无线网络遥控。

其基本工作过程为五十七步进电机，接受到工作讯号后旋转-推动电机的连接套旋转-推动阶梯式丝杆来旋转-可活动夹口，左右运动时可对高压电源线进行夹紧和方开;另外一个五十七步进电机，和一个感应器负责对电动夹具进行上下转动三十度的工作，至于上下转动的度数可以在程式里选择。

机械手的设计套缸式升降平台通過PLC，进行机械一体化控制，平台上配备了双轴倾斜度感应器，具有超重、倾斜、安全锁定、自动化特定的功能，使用进口密封件，激励控制系统使用三安培直流输出驱动电动机，可按照客户的实际工作范畴设定，拥有垂直式操纵平台，发动机电控系统操纵手柄，液压回转机构，液压支撑腿，液压提升系统，并配备了双液压泵驱动，使设备升降速度更稳定可靠。

四.软件设计

无线视频设计拟使用了OpenWRT-RT5350嵌入式Linux，Android应用的界面技术，应用研发的一个主要内容就是研发了一个提供友好用户图像页面的应用程序，Android移动终端用户一旦提供了硬件自动编码的软件服务功能，这个框架将会优先调用硬编码软件服务功能，若Android移动设备硬件不能提供硬编码软件服务功能，将会自动调用FFmpeg的软编码。

在解决高空悬拆接地线路机械手设计中的问题现场实时监控过程中，拟引入目前比较主流的将H.二百六十四视频压缩技术和现场实际情况相结合的算法，以实现更高速精确的传输。

TMS320DM365处理器还提供了一个硬件完成的H.二百六十五压缩部件。TMS320DM365通过将收集到MT9P031传感器的原始数据，与图形和时序信息结合，形成了一帧图形。将实时图像缩小化，降低了后续对互联网的数据传输压力。本设计也采用了TMS320DM365，主要针对网络数据传输中七百二十P每秒三十帧的数据需求。

本系统是计算机网络产品类型，而TMS320DM365具有MAC，再外扩一片PHY就构成了完整的计算机网络数据传输物理连接了。本方案中采用KS8001L，作为以太网的PHY。网络通过RJ45网络变压器将信息引人KS八千零一L内，通过KS八千零一L的内部MII端口，将信息转化为TMS320DM365数据处理器的内部MII信息输入。从而完成了计算机网络功能。同时，在TMS320DM365的Linux嵌入式操作系统内，还形成了一个实时图形的Web？server。并通过以太网网络互连。完成了终端对TMS320DM365的网络访问，从而实现的实时图形的内部传送。同时在终端，可以通过现场图像，监控挂线机器人动态，监控命令经由以太网传给TMS320DM365处理器，从TMS320DM365处理器中接受到的监控命令解析。TMS320DM365利用RS四百八十五总线，把监控信号送到挂线机器人的控制台，以完成对挂线机器人的工作动作控制系统。

该控制系统主要由图像感应器、TMS320DM365处理机、网络、机器人控制器端口、辅助供电等设备构成。同时，对于怎样实现大型步进电机的精准操控，以及机器人手臂的动态精准操控，以及怎样实现控制系统的即时性与精确度，还需要更加复杂的机器人智能神经网络PID控制算法，目前此计算还在测试中。

结语

①电动化通用机械手，相比于传统专用机器手，由于通用机械手的工作自由度可变，程序也可调，所以应用面更广;②通过电力传动，动作迅速，反应敏捷，可进行超载保护，便于自动控制。对工作环境适应性较好，不致因周围环境的改变而影响传动系统和控制系统特性。阻力的损失和泄漏也较小，不污染工作环境。同时制造成本低;③采用了对变速控制系统工作机理的全面概述，从而节约了大量工作时限和减少了不必要的重复性劳作过程，并且实现了图纸的统一标准化。而且具有安全性高、改变程序灵活性大等优势，不管进行时刻监控还是行程监控或者混合控制系统时，均可以采用设定编程方式来完成。而且能够直接按照机器手的动作顺序修改编程，从而使得机器手的通用性更强。

参考文献

[1]马庆龙，熊超，段军鹏. 高空挂拆接地线的自动机械手设计——基于云南电网500KV和平变电站设计[C]// 物联网与电力新技术——2014年云南电力技术论坛. 0.

[2]马庆龙，熊超，段军鹏. 高空挂拆接地线自动机械手[J]. 云南电力技术，2015，000（003）：81-82.

[3]周志新，马庆龙，余洪涛，等. 能高空挂拆接地线的自动机械手[J]. 电世界，2014，55（10）：12-13.

[4]王正武，吕健攀. 750kV变电站高空挂接地线技术研究与应用 ——三轴机械手控制系统[J]. 城市建设理论研究：电子版，2016（9）.

[5]付渊，田月炜，韦佳钰，等. 一种变电站机器人挂拆接地线控制系统和控制方法：，CN109849017A[P]. 2019.

[6]鲁守银，周大鹏，李健，等. 一种自动挂拆接地线机器人系统及其控制方法：，CN111482944A[P]. 2020.