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广州:首创“两栖带电作业机器人”

来源:南方电网报作者:黄志驹日期:2016-11-03 10:56:07

  “曲班,我们发现架空导线上有缠绕金属飘挂物,需及时处理。”9月5日,接到广州供电局输电所城西三班班员李艳飞的报告,班长曲烽端觉得“亮剑”的时候到了。三年磨一剑,曲烽端技术能手工作室研发团队自主研发的“两栖带电作业机器人”等来了利剑出鞘的一刻。“这是检验‘两栖带电作业机器人’实战能力的好机会。”曲烽端兴奋地带着团队成员赶赴现场。在高垂的导线下,曲烽端熟练地操作遥控器,机器人腾空而起,稳稳当当地“挂”在离地近30米的导线上。沿着导线轨道,机器人平稳地走向飘挂物,机械臂上的刀具飞速旋转,三下五除二就把金属飘挂物在离“拿下”。

  

带电作业

  曲烽瑞技术能手工作室利用3年研发出“两栖带电作业机器人”。曾国华摄

  可飞行、可行走,还能带电作业

  “两栖带电作业机器人”小试牛刀,整个过程持续不到2分钟,其“可飞行、可行走”的特点展露无遗。“该机器人利用多旋翼为载体工具实现‘可飞行’,利用导线为导轨通过双轮驱动实现‘可行走’,同时结合带电作业技术,利用静电屏蔽等手段,实现了可以自主上下带电运行中的导线,以及带电进行作业的功能。这个技术目前在国内我们是首创。”研发团队负责人曲烽瑞介绍道。

  据了解,架空输电线路在日常运行中经常受到自然环境及人为因素等各种外部侵害。除了遇上缠绕飘挂物,还可能遇上导线断股、避雷线断裂、杆塔倾斜、绝缘子闪络、金具脱落等问题。

  “目前的无人机主要以巡视作业为主,还没有实现在带电导线上直接作业。而带电作业机器人遇到的最大瓶颈是跨越杆塔、防震锤等障碍,能够实现跨越的机器人都结构复杂,重量太大,很难普及和实用化推广。”曲烽瑞表示。现在我们有了“两栖带电机器人”,它可以自主上下导线,输电线路运维人员可以在不停电的情况下进行线路精确巡视和带电清障。这不仅减轻了人工巡检的作业强度,消除了人员登塔的作业风险,还可以提高输电线路巡检作业质量和管理水平。

  双电源驱动带来更长续航时间

  据悉,目前的主流电动力旋翼飞行器(单轴及多轴),即人们常说的无人机,在空中作业的续航能力弱。根据聚合物锂电池的重量与电量的效率比例关系,目前最长的有效空载续航能力只有半个多小时左右,负载后作业时间仅有20分钟左右。这一技术瓶颈严重制约了线路巡视和清障等工作的开展。

  研发团队发现,现有的导线上作业的机器人大多需要借助人力运送到塔顶进行作业,而电动力旋翼飞行器在续航能力上一直有迈不过去的坎。“我们不在优化电池这个方向去钻牛角尖。咱换个思路,何不尝试一下把二者结合起来?”在研发团队一次头脑风暴过程中,大家提出了这么一个点子。于是,“两栖带电作业机器人”应运而生。

  在确定两栖作业这一创造性思路后,研发团队大胆采用了线上作业驱动电力模块与飞行动力模块的双电源设计,即飞行器与导线上驱动轮分别采用不同的电源。这样就使机器人上下导线的动力不受在导线上作业时间长短的限制,同时线上作业的独立模块供电,大大提升了机器人的作业时间。“这就如同油电混合汽车,两个动力模块互不影响。”曲烽瑞打了个比方。经测试,该机器人单次线上作业时间最长可达2个小时。

  

带电作业

  作业中的“两栖带电作业机器人”。曾庆华摄

  各样“兵器”变换组合亮真功

  上下带电导线、加强续航能力,是为了完成输电线路的检修工作。研发团队利用“两栖带电作业机器人”平台,通过搭载不同的应用模块,可以实现多项复杂的带电精确巡视、清障和检修作业任务。

  研发团队为“两栖带电作业机器人”配备了不同种类的“兵器”。在机器人平台上搭载可见光镜头,在电力导线沿线实现电力精确巡视作业;通过搭载夹取式机械臂和旋转刀具,可以迅速对飘挂物进行带电切割清障。现在研发团队正研究的扳手式机械臂,可以对架空导线线夹上松动的螺栓进行临时紧固处理。未来,研发团队将在平台上搭载缠绕式机械臂,通过缠绕铝包带实现对轻微导线断股松股缺陷的临时处理。通过不同的应用模块组合,“两栖带电作业机器人”可以完成不同的带电作业任务,有效避免了停电及人员登塔的风险。

  据介绍,该局输电所非常注重在创新的过程中导入精益管理理念。“所里面给‘两栖带电作业机器人’投入的研发经费不算多,很多零配件我们实验过程中都是重复使用,直到不能再服役。”成本管控是创新的一方面,更重要的是价值的创造和效率的提升。对于价值的创造,行业内部的评价最为客观和公正。“现在已有厂家主动找上门来提出与研发团队进行合作量产,这就是对我们研发成果的肯定。”该所相关负责人提到。

  “值得一提的是,从严格意义上来说,‘两栖带电作业机器人’超出无人机的概念,我们的定位是做带电作业机器人。”该所相关负责人强调。正因为其两栖的属性,机器人在进行作业时能够有效规避航空管制风险,在架空线路巡视和检修领域具有推广价值。

  现阶段,研发团队已将VR技术植入“两栖带电作业机器人”,可以通过第一视角操作机器人,降低了操作的难度,提高了操作的精准度。未来,研发团队还将朝着机器人自主巡视、通过图像识别实现故障判断并进行快速带电检修作业方向发展,深挖技术潜力,努力实现“向科技要人力,向管理要效率”的目标。