एउटा निश्चित क्षेत्रमा, अल्ट्रा-हाई-भोल्टेज (UHV) ट्रान्समिसन लाइनहरूको रखरखाव पछि, निम्न समस्याहरू पत्ता लगाइयो: वर्तमान ड्रोनहरूले UHV लाइनहरूको वर्तमान बड़ो पैमाने र व्यापक निरीक्षण र रखरखावको मागलाई पूरा गर्न पर्याप्त प्रदर्शन छैन। व्यवहारिक संचालनमा, ड्रोनहरूले पर्याप्त सहनशीलता, सीमित छवि संग्रहण क्षमता र खराब विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (EMI) प्रतिरोधकता प्रदर्शन गर्छन्, जसले निरीक्षण प्रभावकारितालाई नकारात्मक रूपमा असर गर्छ र UHV लाइनको दोषहरूको सटीक पहिचान रोक्छ।
UHV ट्रान्समिसन लाइनहरूको लामो लम्बाइ र स्थानीय प्राकृतिक वातावरणको प्रभावका कारण, पत्ता लगाउने उपकरणहरूसँग सुसज्जित ड्रोनहरूले लामो समयसम्म उडान गर्न सक्दैनन्, जसले निरीक्षण दक्षतालाई घटाउँछ। उल्लेखित अवस्थामा, तेल-विद्युत संकर ड्रोनहरूले पनि ३ घण्टाभन्दा कम उडान अवधि प्राप्त गरे, जसले निरीक्षणका दौरान ब्याट्री प्रतिस्थापनको आवश्यकता धेरै पटक पर्ने बनाउँछ। यसबाहेक, हालका ड्रोन-आधारित निरीक्षण प्रणालीहरूमा कार्यात्मक पूर्णताको कमी छ—तिनीहरूले बहु-आयामी, बहु-कार्यात्मक निरीक्षण क्षमतालाई समर्थन गर्दैनन्—जसले निरीक्षण सटीकतामा कमी आउनुपर्छ। यसले लाइन त्रुटिहरू वा अन्य दोषहरूको पत्ता लगाउने र सम्बोधन गर्ने काममा ढिलाइ गर्न सक्छ, जसले सामान्य बिजुली संचारणलाई सीधा असर गर्छ।
यी चुनौतीहरू समाधान गर्न, हाम्रो कम्पनीले ड्रोनमा लगाइएको रोबोटिक म्यानिपुलेटर समावेश गर्ने एउटा नयाँ UHV ट्रान्समिसन लाइन निरीक्षण प्रविधि विकास गरेको छ। यो समाधान क्षेत्रमा विशिष्ट UHV बुनियादी ढाँचाको लागि अनुकूलित गरिएको छ र लाइन रखरखावमा वर्तमान ड्रोन अनुप्रयोग प्रदर्शनबाट प्रेरित छ। यसले उल्लिखित समस्याहरू समाधान गर्ने लक्ष्य राख्दछ जबकि मुख्य आवश्यकताहरूलाई पनि पूरा गर्दछ: कम बिजुली खपत, लामो सहनशीलता, कम लागत, उच्च लोड क्षमता, र शक्तिशाली वातावरणिय धारणा।
१. प्रविधिगत समाधान: UHV लाइन रखरखावको लागि ड्रोनमा लगाइएको रोबोटिक भुजा
१.१ डिजाइन अवधारणा
यो प्रविधिका लागि महत्वपूर्ण विचारहरूमा इन्सुलेशन डिजाइन, रोबोटिक भुजाको गति नियन्त्रण, र सहायक उप-प्रणालीहरू समावेश छन्। वर्तमान UHV रखरखाव चुनौतीहरूलाई प्रभावकारी रूपमा समाधान गर्न र कार्यान्वयन बोटलनेकहरूलाई पार गर्न तार्किक प्रविधिगत डिजाइन सुनिश्चित गर्नु आवश्यक छ।
हाम्रो कम्पनीले रोबोटिक भुजामा UHV रखरखाव वातावरणले लगाएको इन्सुलेशन आवश्यकताहरूको व्यापक मूल्याङ्कन गर्यो। यसको आधारमा, हामीले जीवित चालकहरूबाट विभिन्न दूरीहरूमा भुजा, रोटरहरू, फ्रेम, र फ्युजलेजमा अनुभव गरिएको अधिकतम विद्युत क्षेत्रको तीव्रता र भोल्टेज परिवर्तनहरू गणना गर्यौं। त्यसपछि प्राविधिक समाधानको पछिल्लो सुधारलाई सूचित गर्न लक्षित प्रदर्शन परीक्षणहरू डिजाइन गरियो।
हामीले प्रतिनिधित्वपूर्ण UHV रखरखाव परिदृश्यहरू छान्यौं र मानक संचालन प्रक्रियाहरू र सुरक्षा प्रोटोकलहरू परिभाषित गर्यौं। रोबोटिक भुजाको बहु-डिग्री-अफ-फ्रिडम संरचनालाई अनुकूलित गरी सबैभन्दा संगत ड्रोन–म्यानिपुलेटर विन्यास पहिचान गरियो। विशिष्ट संचालन वातावरणलाई ध्यानमा राखी, हामीले अध्ययन अवस्थामा मूल छवि संग्रहण हार्डवेयर र डाटा संचार सफ्टवेयर/हार्डवेयरलाई अपग्रेड गर्ने प्रस्ताव पनि गर्यौं ताकि वास्तविक समयको छवि गुणस्तरमा सुधार गर्न सकियोस्।
१.२ विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (EMI) कम गर्ने उपायहरू
मामिलामा उल्लेखित UHV लाइनहरूमा लामो फैलावट र क्रसिङहरू छन्, जसले जटिल र गतिशील विद्युत चुम्बकीय वातावरण सिर्जना गर्छ। लाइनहरूको आसपासको शक्तिशाली विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र र नजिकैका सञ्चार आधार स्टेशनहरूबाट तीव्र संकेतहरूले ड्रोन–म्यानिपुलेटर प्रणालीको संचारमा गम्भीर हस्तक्षेप गर्न सक्छ। यसबाहेक, म्यानिपुलेटर संचालनका दौरान लामो दूरीको डाटा संचारले क्रसटक गर्न सक्छ, जसले संचालन सुरक्षालाई खतरामा पार्छ।
यसलाई जवाफ दिन, हाम्रो कम्पनीले निम्न EMI शील्डिङ उपायहरू प्रस्ताव गर्दछ:
UHV लाइनहरूको नजिकैको उच्च-तीव्रता विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रबाट ड्रोनको आन्तरिक सर्किट्रीलाई हुन सक्ने सम्भावित क्षतिको विश्लेषण गर्नुहोस्।
एयरफ्रेम सतह, सिग्नल केबलहरू, र सबै आवास सिमहरूमा शील्डिङ उपचार लागू गर्नुहोस्।
विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेपलाई कम गर्न ड्रोनको बाहिरी भागमा निर्दिष्ट मोटाइको चालक कोटिङ समान रूपमा छिट्नुहोस्। कोटिङका लागि अनुपयुक्त घटकहरूका लागि, समतुल्य शील्डिङ प्रभावकारिता प्राप्त गर्न तामाको तार बोन्डिङ प्रयोग गरिन्छ।
१.३ रोबोटिक भुजाको संरचनात्मक डिजाइन
चित्र १ मा देखाए अनुसार, रोबोटिक भुजामा समावेश छ:
(१) ग्रिपर; (२) सर्वो संरक्षण बक्स; (३) जीरो-मान पत्ता लगाउने उपकरण एडाप्टर; (४) उच्च-भोल्टेज परीक्षण उपकरण एडाप्टर; (५) इन्सुलेटिङ रड; (६) लिमिटिङ रड; (७) इपोक्सी राल इन्सुलेटिङ तह; (८) पिच-विशिष्ट बेयरिङ स्लिभ; (९) लिङ्केज रड; (१०) रोल-विशिष्ट बेयरिङ स्लिभ।
UHV वातावरणमा इन्सुलेशन आवश्यकताहरूको विचार गर्दै, हाम्रो कम्पनीले ड्रोनको तल्लो भाग र ल्यान्डिङ गियरबीच इन्सुलेटेड बोल्टहरू स्थापना गर्ने प्रस्ताव गर्दछ। इन्सुलेटिङ तहको तल्लो भागमा स्टील फ्रेमले पिच-विशिष्ट बेयरिङ स्लिभलाई जोड्छ, जुन धातु बेयरिङको बाहिरी ओरल्लोमा तय गरिएको छ। पिच सर्वो मोटर बेयरिङको दायाँ तिर माउन्ट गरिएको छ, जसले पिच तन्त्रलाई संचालन गर्दछ र रोबोटिक भुजाको ऊपर-तल गतिलाई सक्षम बनाउँछ।

ट्रान्समिसन लाइनहरूको वरिपरिको ठाउँमा उच्च-तीव्रता विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रहरूले गर्दा हुने हस्तक्षेपको विचार गर्दै, हाम्रो कम्पनीले इन्सुलेटिङ रडको भित्र सर्वो मोटर ड्राइभ लाइनहरू स्थापना गर्ने र सर्वोलाई समर्पित इन्सुलेटेड सुरक्षा आवरणसँग सुसज्जित गर्ने प्रस्ताव गर्दछ। यसले बाह्य उच्च-भोल्टेज वातावरणबाट उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय झटकाबाट सर्वोलाई प्रभावकारी रूपमा अलग गर्दछ। यसबाहेक, सर्वोको वरिपरिका खाली स्थानहरूमा तामाको तार बोन्डिङ लागू गरिन्छ ताकि समविभव बोन्डिङ प्राप्त गर्न सकियोस्, जसले सर्वोको आन्तरिक सर्किट्रीमा विद्युत चुम्बकीय तरङ्गद्वारा हुने भंगको जोखिमलाई घटाउँछ।
२. ड्रोनमा लगाइएको रोबोटिक भुजाको प्रयोग गरी UHV ट्रान्समिसन लाइन निरीक्षणको अनुकरण प्रयोग
२.१ अनुकरण डिजाइन
मामिलामा उल्लेखित UHV ट्रान्समिसन लाइनहरूको रखरखाव रेकर्डहरूको आधारमा, निम्न संरचनात्मक प्यारामिटरहरू प्राप्त गरियो: सीधा टावरको कुल उचाइ ३२०० मिमी हो; ठूलो शेड अर्धव्यास २४०० मिमी हो; मध्यम शेड अर्धव्यास ३२०० मिमी हो; सानो शेड अर्धव्यास २७०० मिमी हो; र चालकको व्यास १७.४८ मिमी हो, जसलाई चित्र २ मा देखाइएको छ।
सिमुलेशन प्रयोगमा, ड्रोन प्रणालीले प्रपेलर, फ्रेम र फ्यूज़लेजको लागि कार्बन फाइबर सामग्री चयन गर्दछ ताकि यसको समग्र प्रदर्शन वृद्धि हुन सक्छ।

अत्यधिक उच्च वोल्टेज (UHV) ट्रान्समिशन लाइनहरू आफ्नो आसपासको अवकाशीय विद्युत क्षेत्रको प्रभावलाई ध्यानमा राख्दा, हाम्रो कम्पनीले ड्रोन-माउंटेड रोबोटिक बाहु तथा निरीक्षण प्रणालीको सिमुलेशन मॉडल पहिलो विकास गर्यो। फाइनाइट एलिमेन्ट विश्लेषणको प्रयोग गरी, हामीले UHV लाइनहरूको आफ्नो आसपासको विद्युत क्षेत्रको विशिष्ट प्रभाव ड्रोन निरीक्षण प्रचारको लागि निर्धारण गर्यौं। यसको अतिरिक्त, हामीले रोबोटिक बाहु, एयरफ्रेम, रोटर, र फ्यूज़लेजको लागि अधिकतम विद्युत क्षेत्र बल र वोल्टेज भिन्नताहरूलाई रोबोटिक बाहुको बायाँ भाग र कंडक्टरको बीचको विभिन्न दूरीहरूमा विश्लेषण गर्यौं। यसले हामीलाई निकटस्थ निरीक्षण कार्यहरूमा संभावित सुरक्षा खतराहरूको मूल्याङ्कन गर्न सक्षम बनाउँछ।
2.2 सिमुलेशन प्रक्रिया
2.2.1 अत्यधिक उच्च वोल्टेज ट्रान्समिशन लाइनबाट 0.84 मिटर दूरीमा निरीक्षण प्रणालीको प्रदर्शन
हाम्रो कम्पनीले ड्रोन-माउंटेड रोबोटिक बाहु निरीक्षण प्रणालीको सिमुलेशन प्रयोग गर्दै यसको कार्य अवस्था र कंडक्टरको नजिकको अवकाशीय विद्युत क्षेत्र वितरणको विश्लेषण गर्न UHV ट्रान्समिशन लाइनबाट 0.84 मिटर दूरीमा यसको स्थिति विश्लेषण गर्यो।
सिमुलेशन परिणामहरूले देखाउँछन्, यस कार्य अवस्थामा, यसको विद्युत क्षेत्रको विशिष्ट अनुकूल प्रभावहरू प्रतिबिम्बित नहुन्छन्। तर, रोबोटिक बाहुको बायाँ भागमा थोरै विद्युत क्षेत्र बलको वृद्धि पाइएको थियो। सामान्यतया, यदि कुनै भागमा विद्युत क्षेत्र बल वायुको डाइलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन बल (30 kV/cm) भन्दा बढी भइरहेको देखिन्छ, त्यस पार्टको विद्युत ब्रेकडाउनको झुक्दो बढ्छ, जसले प्रणालीको स्थिरता र सुरक्षा खराब गर्न सक्छ।
अत्यधिक उच्च वोल्टेज लाइन र ड्रोन-माउंटेड निरीक्षण प्रणालीको बीचको दूरी बढ्दा, प्रणालीका तत्वहरूको विद्युत संभावना घट्दै जान्छ। यी संभावना भिन्नताहरूको आधारमा, हामीले रखरखाही वातावरणमा प्रत्येक तत्वले अनुभव गर्ने वोल्टेज स्तर र अधिकतम विद्युत क्षेत्र बलहरू निर्धारण गर्यौं।
टेबल 1 देखाउँछ, जब निरीक्षण प्रणाली UHV लाइनबाट 0.84 मिटर दूरीमा रहेको छ, त्यस पारिस्थितिक रोबोटिक बाहुले 3712 V/m विद्युत क्षेत्र बल र 2069 V वोल्टेज अनुभव गर्छ। बायाँ र दायाँ रोटरहरूको तुलनामा, बायाँ रोटर लगातार अधिक विद्युत क्षेत्र बल र वोल्टेज सहन गर्दछ। सबै डेटा देखाउँछन्, यस 0.84 मिटर कार्य दूरीमा, विद्युत क्षेत्र वायु ब्रेकडाउन थ्रेसहोल्ड भन्दा ठूलो छैन, जसले विद्युत डिस्चार्जको झुक्दो रोक्दछ र ड्रोन-माउंटेड रोबोटिक बाहु निरीक्षण प्रणालीको सुरक्षित कार्य गर्न सक्षम बनाउँछ।
2.2.2 अत्यधिक उच्च वोल्टेज ट्रान्समिशन लाइनबाट 0.34 मिटर दूरीमा निरीक्षण प्रणालीको प्रदर्शन
हाम्रो कम्पनीले ड्रोन-माउंटेड रोबोटिक बाहु निरीक्षण प्रणालीको कार्य अवस्था र कंडक्टरको नजिकको अवकाशीय विद्युत क्षेत्र वितरणको विश्लेषण गर्न UHV ट्रान्समिशन लाइनबाट केवल 0.34 मिटर दूरीमा यसको स्थिति विश्लेषण गर्दै सिमुलेशन प्रयोग गर्यो।
टेबल 1: ड्रोन-माउंटेड रोबोटिक बाहु निरीक्षण प्रणालीका प्रत्येक तत्वको लागि अधिकतम विद्युत क्षेत्र बल र वोल्टेज मानहरू
| UAV घटक | अधिकतम विद्युत क्षेत्र प्राबल्य | वोल्टेज मान | |
| यांत्रिक भुजा | 3712V/m | 2069V | |
| रोटर | बाएं रोटर | 1838V/m | 224V |
| दाहिना रोटर | 1371V/m | 193V | |
| शरीर | 720V/m | 166V | |
| फ्रेम | 1730V/m | 470V | |
सिमुलेसन परिणामहरूले देखाएको छ कि यस पृथक्करण दूरी रखरखाव स्थितिमा, रोबोटिक हातको बायाँ तिरको ट्रान्समिसन लाइनको वरिपरि अंतरिक्ष विद्युत क्षेत्र वितरण परिवर्तन भएको छ। अल्ट्रा-हाई-भोल्टेज (UHV) ट्रान्समिसन लाइनहरूको विशिष्ट वातावरणका कारण, उच्च-भोल्टेज विद्युत क्षेत्रहरूले आर्किङ र सतह फ्ल्यास्कोभर समस्याहरू हुन प्रवृत्त हुन्छन्।
एकै समयमा, प्रणालीमा विभिन्न घटकहरूको क्षमता परिवर्तनको विश्लेषण गरेर पत्ता लगाइएको छ कि ड्रोनमा लगाइएको रोबोटिक हात निरीक्षण प्रणाली र UHV ट्रान्समिसन लाइन बीचको दूरी बढ्दै जाँदा, सबै घटकहरूको विद्युत क्षमता संगत रूपमा घट्छ।
तालिका 2 मा उल्लेखित डेटा अनुसार, जब निरीक्षण प्रणाली UHV ट्रान्समिसन लाइनबाट 0.34 मिटरको दूरीमा रहेको हुन्छ, प्रणालीको कुनै पनि घटकले अनुभव गरेको अधिकतम विद्युत क्षेत्र तीव्रता हावाको परावैद्युत भंजन ताकतलाई बढी नपुग्ने हुन्छ। त्यसैले, रखरखाव संचालनको दौरान कुनै पनि भंजन जोखिम नहुने निष्कर्ष निकालिएको छ, जसले व्यवहारिक अनुप्रयोगहरूमा ड्रोनमा लगाइएको रोबोटिक हात निरीक्षण प्रणालीको सुरक्षा र विश्वसनीयतालाई सुनिश्चित गर्दछ।
तालिका 2: ड्रोनमा लगाइएको रोबोटिक हात निरीक्षण प्रणालीका प्रत्येक घटकका लागि अनुरूप अधिकतम विद्युत क्षेत्र तीव्रता र भोल्टेज मानहरू
| UAV घटक | अधिकतम विद्युत क्षेत्र तीव्रता | वोल्टेज मान | |
| यांत्रिक बाहु | 4656/मी | 3352V | |
| रोटर | बायाँ रोटर | 2334V/मी | 338V |
| दायाँ रोटर | 2360V/मी | 236V | |
| शरीर | 940V/मी | 228V | |
| फ्रेम | 1337V/मी | 700V | |
२.३ ड्रोन-संलग्न रोबोटिक बाहुको ट्रान्समिशन लाइन में रखरखावमा अवरोधक क्षमता परीक्षण
ड्रोन अवरोधक प्रदर्शन परीक्षणका लागि, परीक्षण उपकरणहरूमा चालक स्तरको रंगको आवरण भएको ड्रोन र एक मल्टीमीटर समावेश थियो। चालक स्तरको रंगले ड्रोनको सतहमा एकसमान रूपमा ०.०५ मिमी भन्दा ठूलो हुन नसके छिद्रित गरियो। सामान्य पर्यावरणीय शर्तहरूमा, ड्रोनको सतहमा दुई बिन्दुहरू बीचको आन्तरिक प्रतिरोध मापियो; एउटा मान १ Ω भन्दा कम भएको निर्धारित मानदण्डमा अनुसरण गर्दछ।
इमेज विकृति परीक्षण: ड्रोन-संलग्न रोबोटिक बाहुको प्रविधि लाइन तथाकथित गर्दा, इमेज विकृति गिम्बल कैमरा लेन्सको आन्तरिक परिशुद्धता र संघटन प्रक्रियाको गुणस्तर जस्ता कारकहरूको कारण घट सक्छ। यस विकृतिले लिएको इमेज र वास्तविक दृश्य बीच असम्बन्ध उत्पन्न गर्छ, जसले रखरखाव व्यवसायिहरूलाई UHV ट्रान्समिशन लाइनहरूमा खराबी वा दोषहरूलाई शुद्ध रूपमा पहिचान्न दिन सक्छ।
यस समस्यालाई ल्याउन, हाम्रो तकनीकी टीमले गिम्बल कैमरा लेन्सको विकृति विशेषताहरू आधारित इमेज विकृति सुधार मॉडेल विकास गरेको छ। यो मॉडेल निम्न फारमुला द्वारा व्यक्त गरिन्छ:

फारमुलामा:
x,y इमेजिंग सिस्टममा एक स्पर्शज्या विकृति बिन्दुको मूल निर्देशांकहरू हुन्;
x′,y′ विकृति सुधार पछि बिन्दुको नयाँ निर्देशांकहरू हुन्;
p1,p2 स्पर्शज्या विकृति परामितिहरू हुन्;
r इमेज केन्द्र बाट रेडियल दूरी हुन्।
कैमरा लेन्स विकृतिलाई मुख्यतया दुई प्रकारमा विभाजित गरिन्छ: स्पर्शज्या र रेडियल विकृति। स्पर्शज्या विकृति लेन्स तत्वहरू र कैमराको इमेज सतह समानांतर छैन भन्दा अधिक उत्पन्न हुन्छ। दूरबीतिक विकृति, त्यसको विपरीत, प्रकाश रश्मिहरू लेन्सको ऑप्टिकल केन्द्र बाट दूरी बढ्दा अधिक झुक्दछन्, जसले लेन्सको रेडियल दिशामा विकृति उत्पन्न गर्छ। रेडियल विकृति निम्न फारमुला द्वारा व्यक्त गरिन्छ:

फारमुलामा:
x,y इमेजिंग सिस्टममा एक रेडियल विकृति बिन्दुको मूल निर्देशांकहरू हुन्;
x′,y′ विकृति सुधार पछि बिन्दुको नयाँ निर्देशांकहरू हुन्;
k1,k2,k3 रेडियल विकृति परामितिहरू हुन्;
r इमेज केन्द्र बाट रेडियल दूरी हुन्।
यस आधारमा, हाम्रो कम्पनीले रेडियल विकृति घटकहरू जुन इमेज गठनमा अधिक प्रभावित गर्छन् चिन्न गर्न र मॉडेल परामितिहरू पुनर्निर्माण गर्न जङ्गको कलिब्रेशन विधि प्रस्ताव गरेको छ। यो विधि विश्व निर्देशांक प्रणालीमा परिभाषित वस्तु निर्देशांकहरू र इमेज सतहमा पिक्सेल निर्देशांकहरू बीच दोहोरी मापन गर्दछ, जसले गिम्बल कैमराको कलिब्रेशन सम्पन्न गर्छ। यो दृष्टिकोण लेन्स निर्माण टोलरेन्स र संघटन प्रक्रियाहरूको इमेज परिशुद्धतामा प्रभाव रोक्न, इमेज उत्कृष्टता बढाउन, र UHV ट्रान्समिशन लाइनहरूको उच्च परिभ्रमण इमेजहरूलाई वास्तविक समयमा प्रणालीमा ले आउनको गारन्टी दिन्छ। यो रखरखाव व्यवसायिहरूलाई लाइनहरूमा खराबी वा दोषहरूको उपस्थिति शुद्ध रूपमा मूल्यांकन गर्न विश्वसनीय दृश्य डाटा प्रदान गर्छ।
सारांशमा, यस पेपरमा प्रस्तावित ड्रोन-संलग्न रोबोटिक बाहुको तथाकथित प्रविधि UHV ट्रान्समिशन लाइन रखरखावको लागि निम्न ऊर्जा उपभोग, लामो टिकाउनु, निम्न लागत, उच्च लोड धारण क्षमता, र मजबूत पर्यावरणीय अनुभवको आवश्यकता पूरा गर्छ। यो ट्राडिशनल मानवी तथाकथित विधिहरूलाई ड्रोनहरू द्वारा बदल्नको लागि तकनीकी बाँधा जितन्यौन उत्तर दिन्छ, रखरखाव ऑपरेशनको समग्र स्तर उत्तर उत्तर गर्छ, र शक्ति ट्रान्समिशन र आपूर्तिको सुरक्षा र विश्वसनीयता बढाउँछ।