引言：

我国架空线路分布广泛，长度长，线路环境复杂。架空线路的形式已成为电力传输的主要形式，其安全稳定的运行直接影响到供电系统的可靠性。架空线路电力传输主要采用裸线形式，特别是配电网裸线高度低，容易与树木、建筑物接触形成短路。随着配电网的快速发展，规模的扩大，供电区种植树木的增加，严重腐蚀、鸟类损伤等因素，运行中不可避免地出现人为或自然故障，如外力损坏、相间短路、断线等故障越来越频繁，直接影响企业生产和居民生活用电，使配电网的可靠性面临新的困难。

一、研究背景

随着机器人技术的发展，越来越多的机器人取代人类从事环境恶劣、工艺复杂的工作，机器人在架空线路中应用技术的研究也逐渐开展。为了提高电力传输的安全性，使用机器人覆盖架空导线的绝缘功能涂料是一种可行的工程技术方法。使用机器人进行架空线路绝缘涂层不仅可以降低工人的劳动强度，而且可以提高操作精度和效率，对提高电网自动化操作水平，确保电网的安全运行具有重要意义。

现有的架空线路绝缘涂料机器人无法实时检查绝缘涂料供应装置中的涂料消耗情况。即使绝缘涂料供应装置中的涂料消耗完毕，绝缘涂料供应装置也无法及时供应涂料，结构复杂，可靠性差。

二、研究内容

(1)结构设计

机器人的本体结构包括：升降机构、行走机构、包裹机构。

电梯机构：电梯机构依靠调整两个大悬臂夹角来实现装置的电梯功能，两个大悬臂交叉连接形成剪刀叉结构，悬臂一端配备两组电机，传动引入螺钉螺母，通过无线遥控器控制电机的旋转，使螺钉螺母旋转，改变两个大悬臂之间的夹角，实现装置的升降，螺钉螺母可为装置升降提供稳定的工作速度，高精度螺钉螺母保证了包裹机构在升降过程中的稳定性和可靠性。独特使用角铝作为材料，在保证机械强度的前提下，通过对角铝骨架开口，使整体不仅强度高，而且重量轻。

行走机构：依靠电机驱动两组滑轮旋转，借助滑轮与线路之间的摩擦，实现架空线上装置的行走工作。滑轮采用涂胶工艺，增加其与线路之间的摩擦力。行走机构的电机与电源分离。当装置内部滑动条不在目标位置时，打开限位开关，实现限位开关的供电。

包装机构:由输送装置和夹紧装置组成。卷轮是一种输送装置，上卷有扣式绝缘橡胶，最大可支撑15米的包装工作。动力装置和控制装置提供装配室，输送装置由推杆电机控制。输送机构通过输送卷轮将绝缘橡胶推送到线路上，引导绝缘橡胶包裹在线路表面；夹紧装置由六个滚轮和机械手组成。滚轮通过连杆传动扣紧绝缘橡胶的夹紧，然后机械手将专用铝钉将绝缘橡胶的夹紧完全夹紧，使绝缘橡胶紧紧包裹在线路上，最终实现绝缘橡胶的包裹任务。绝缘材料为乙丙橡胶，具有良好的耐老化性、耐磨性、耐油性、电绝缘性和耐臭氧性，是电线、电缆、高压、超高压的良好绝缘材料。绝缘橡胶是一种开放式夹紧结构，易于使用，操作简单。

(2)无线通信遥控系统

开发人机界面，可显示电机状态、绝缘距离识别状态、报警等信息。该装置的工作参数可以反馈并传输到维护人员的手机上。遥控手柄和应用程序或手机应用程序控制装置的运行状态。

通过上位机，用户可以直接向计算机发送控制命令，屏幕上显示各种控制信号变化。上位机发出的命令首先给下位机，然后下位机根据此命令解释为相应的时间序列信号，直接控制相应的设备。下位机不时读取设备状态数据（一般为模拟量），转换为数字信号反馈给上位机。上位机通过串口与下位机通信，实现配电线路绝缘包装装置的移动和包装；同时通过USB端口收集摄像头数据，完成图像实时显示功能。

三、项目创新点

随着科学技术的变化，机器人技术越来越成熟，智能机器人设备将成为智能电网的重要组成部分，配电线路绝缘包装机器人具有巨大的发展潜力和市场前景，配电线路绝缘包装机器人具有技术优势，节省包装时间，使用更方便，实现机械结构创新和机电结合创新，克服了人工包装的许多局限性。

本项目开发的绝缘包装机器人可自动完成10KV配电线路的绝缘维修操作，主要创新内容包括独立设计的行走、升降、包装机械结构和无线控制。

(1)机械结构创新

独立设计了行走机构、电梯机构和包裹机构。行走机构主要由橡胶和滑轮组成，通过电机提供动力驱动滑轮滚动，实现架空线上机器人的行走功能；电梯机构采用动滑轮实现输送包裹机构的上升和下降，完成整个装置的连接；包裹机构是整个装置的核心机构，通过连杆和滑轮的配合实现绝缘橡胶的输送和包裹。绝缘材料为乙丙橡胶，具有良好的耐老化性、耐磨性、耐油性、电绝缘性和耐臭氧性，是电线、电缆、高压、超高压的良好绝缘材料。绝缘橡胶为开放式扣结构，易于架空线使用，操作简单。

(2)智能无线控制与操作技术

WiFi网络控制有两个主要优点。首先，可以使用手机、平板电脑等WiFi设备作为控制终端，使用方便，节约成本。其次，与蓝牙等无线通信手段相比，控制距离长，数据传输量大。

人机界面显示电机状态、绝缘距离识别状态、报警等信息。该装置的工作参数可以反馈并传输到维护人员的手机上。遥控手柄、iPad或移动应用程序控制装置的运行状态。该装置的工作参数可以通过遥控手柄和移动客户端应用程序控制装置的运行状态反馈到维护人员的手机上。上位机软件采用C#编写，具有友好美观的人机交互界面。其主要功能包括：控制机械手的动作或移动、控制装置的整体移动、控制托架的动作、串口与下位机的通信、紧急停止等。

四、项目的应用效果和应用前景

针对目前架空裸线绝缘改造劳动强度高、风险系数高、施工周期长、功率损失大、投资大的特点，根据绝缘包装材料的扣原理和绝缘包装工具的结构特点，开发了一种新型的高压架空裸线绝缘包装机器人。与现有的绝缘改造措施相比：绝缘包装机器人不受停电和环境约束，可大大节省绝缘改造成本。现场测量表明，该装置符合设计要求，可自动完成10kV配电线路的绝缘维修操作。该装置用于10kV配电线路的绝缘包装，节省了大量的人力和物力资源，经济效益高，市场应用空间也非常广阔。

五、结论

提出架空配电线路绝缘包裹机器人，机器人可以在多传感器的帮助下独立完成裸露导线的包裹，并将运行数据实时传输到地面部分并存储。地面工作人员只需协助机器人上下线，远程控制机器人启动。机器人可以自动完成配电线路的包裹。现场试验表明，绝缘包裹机器人运行平稳，效果可靠，感知系统运行良好：机器人结构简单，体积小，重量轻，比现有电力机器人更有应用价值。然而，绝缘包裹机器人仍需进一步改进：一是优化机器人上下线模式，减少上下线耗时：二是优化感知系统算法，优化机器视觉算法，适应不同工作环境，优化导航系统算法，过滤机器振动等不必要的信息：三是科学设计机器人水、灰尘、电磁保护系统，提高运行安全。