110kV Transmisioaren Lerroetarako Autonomoa Inspektorea: Hiru Eskuineko Mugitu gabeko Sistemaren Diseinua eta Implementazioa

Laburpena

110 kVko tenperatura-erantsuko lerroak inspektatzeko eskuzko eta airean zehar egindako ikuskizunen murrizketen aitzitik, aurreko proposamenak 110 kVko tenperatura-erantsuko lerroetarako autonomoa den inspektore-robot bat aurkeztu du. Robotak hiru-brazo dituen mekanikoaren egitura erdialdetik kolgatua da, autonomoki karraskatu, akatsak gainditu, linean energia harretu eta anitz aldatasun-diagnostika egin dezakeena. Helburuak lerroen inspektion automatizazioa eta intelektualizazioa dira, hala nola, sarearen ekintza eta mantentzearen efizientzia eta segurtasuna handitzea, kostuak murriztuz.

I. Proiektuaren Oinarria eta Helburuak

1.1 Oinarria: Tradizionalen Inspektion Metodoen Akatsak

Tenperatura-erantsuko lerroak, kanpo ingurumenetan jarriak, mekanikoaren tentsioaren, elektrikoaren flashover-en eta materialen adieraztearen ondorioz, estaltasunak eta erosioak lor dezakete, beraz, berehala inspektatu behar dira. Orain arteko metodoek murrizketa garrantzitsuak dituzte:

• Eskuzko Inspektioa: Lan-intentsiboa, inefizientea, arriskutsua eta eguraldi eta geografia bati oso mendebidea.
• Droneen Airean Zehar Ikuskizuna: Kostu altua, iraunkortasuna txikiagoa, aireko kontrolari eta eguraldi okerreari esker, eta hurbilko aldatasunen detektioa zaila.

1.2 Helburuak: Intelektuala Den Inspektion Aldakorra

Proiektu honek 110 kVko tenperatura-erantsuko lerroetarako autonomoa den inspektore-robot bat garatzea helburu du, eskuzko lanaren ordez. Nukleoko helburuak hauek dira:

• Funtzionalitate Autonomoa: Lerroetan autonomoki karraskan eta akatsak gainditu (adibidez, birraketa-dampenerren eta klampen gain igaro).
• Intelektuala Den Detektioa: Begira eta infragorriko sensorak integratzen ditu, estaltasunak ezabatzeko eta diagnostikatzeko, adibidez, estaltasun-zatiak.
• Energia Autonomoa: Kontaktorik gabeko induktiboa den energia-harretze teknologia erabiliz, robotak luze-luzera inspektatu dezake.
• Maximizatutako Efizientzia: Inspektion efizientzia eta datu-zerrenden zehaztasuna handitzea, beraz, ekintza-kostuak eta segurtasun-arriskuak murriztuz.

II. Nukleoko Teknologia Soluzioak

2.1 Ingelesgarria Mezaninaren Egitura Dantza: Mugimendu Handia eta Estabilitatea

• Oinarriko Egitura: Hiru-brazo dituen egitura kolgatua da, segmentu-anitz banatuen eta gurpileko-brazo konposatuen abantailak batu dituena, gurpileko mugimenduaren efizientzia eta inchworm-mugimenduaren estabilitatea balantzeko. Peso osoa 29 kg inguru.
• Nukleoko Osagaiak:
• Erreparagarria Brazoak: Aurretik eta atzetikko brazoak bi lau-barra mekanismo erabiliz, 16 motorrekin, elkarbanatuta edo elkarkabeko pitchen mugimenduan, joint stiffness-flexibility smooth transition capability da, lerro-egoera konplexuei egokitzea ahalbidetzen duena.
• Propulsio Unitatea: Potentzia handiko Swiss Maxon DC motorekin, erdigunean banatutako gurpilekin, barruan akatsak gainditzeko ahalmen handia (birraketa-dampenerren gain igarotzea) eta gradeability (ohiko 60°, 80° frenatzearekin).
• Frenatze Unitatea: Spiral-crank slider self-locking mechanism erabiliz, makina ezabatzeko arriskuak saihesteko, makinek urrutian edo akatsak gainditzean.
• Kinematako Balidazioa: CCD iterative algoritmoaren oinarrian inverse kinematics analysis; simulazioak 7 iterazio bakarrekin konbergentziarazten dute, robotak kompleksu poseak lortzea, adibidez, kolpeklampen gain igarotzea eta 45° turn jumpers.

2.2 Hierarkikoa Intelligentzia Kontrol Sistemak: Autonomia eta Harremana Urrunteko

• Sistema Arquitectura: Hiru kapela banatutako kontrol egitura (goiko lurraldeko kudeaketa kapela, erdiko robot planifikazio kapela, beheko exekuzio kapela), PC/104 industria ordenagile eta ATmega128AU mikrokontrolagileek koordinatzen dituzte, errealitateko desberdintasun eta exekuzioa.
• Hiberria Kontrol Estrategia:
• Autonomia Modua: Offline path planning aurredefinitako oinarriaren oinarrian, sensor fedbak erraltimeko batera, autonomoki karraskan eta akatsak gainditu.
• Harremana Urrunteko Modua: Egoera konplexuei, lurraldeko operariak juntura-egoera fina manipulatu edo makro-komando bidali ditzakete, robotetik bidalitako HD bideo (25-30 Hz) laguntzeko.
• Performantea Metricak: Inspektio bakarra ≥ 2 km, batezbesteko abiadura ≥ 0.9 m/h, irudi transmitizio distantzia ≥ 2 km.

2.3 Online Induktiboa Energia Harretzea & Intelligentzia Energia Kudeaketa: Iraunkortasuna Mugagabea

• Energia Harretze Prinsipioa: Split-core current transformer erabiliz, indiktiboki energia harritzen du tenperatura-erantsuko lerroaren inguruko magnetikoaren bidez. CT core high-permeability iron-based nanocrystalline alloy da; diseinu optimizatua 32 A hastapen correntea ahalbidetzen du.
• Energia Sistema: Stabile rectified voltage ematen du; output power 32 A-10 kA line current rangean. 24 V/12 A·h intelligent Li-ion battery pack, hiru mailako kargatze algoritmoarekin, over-temperature protection segurtasuna, efizientzia eta luze-servizioa ahalbidetzen du.

2.4 Machine Vision Obstacle Recognition: Accurate Navigation

• Recognition Targets: Suspension clamps, straight-line jumper clamps, and turn jumper clamps key obstacles accurately identified.
• Algorithm Flow:
• Positioning: Coarse positioning via sub-block grayscale analysis, precise identification of the transmission line via histogram equalization and threshold segmentation.
• Feature Extraction: Extracts obstacle contours using morphological operations, analyzing left/right edge slopes as classification features.
• Recognition: Applies a fuzzy pattern recognition algorithm based on the maximum membership principle for fast and accurate obstacle type identification.
• Performance: Single image processing time ≈ 108 ms; reliably identifies typical obstacles, providing real-time input for obstacle-negotiation decisions.

2.5 Broken Strand Intelligent Diagnosis: Accurate Fault Warning

• Detection Principle: Based on the phenomenon of localized resistance increase and temperature rise due to broken strands, uses an infrared sensor to detect thermal radiation signals.
• Intelligent Diagnosis Model:
• Signal Processing: Uses the db4 wavelet base for 6-layer decomposition to filter out noise and focus on frequency bands containing fault features.
• Feature Extraction: Introduces wavelet energy entropy to characterize signal complexity, combined with peak-to-peak values of detail components, forming a 4-dimensional feature vector.
• Diagnosis Decision: Uses a 3-layer BP neural network for diagnosis. Experimental verification shows 100% accuracy on test samples and a 98% online detection success rate.

III. Soluzio Abantailen Laburpena

• Adaptation Altua: Three-arm flexible structure provides excellent obstacle negotiation and terrain adaptability.
• Autonomy Altua: Hybrid control system enables long-distance autonomous inspection with remote intervention capability.
• Iraunkortasuna Luzea: Innovative online power harvesting fundamentally solves endurance limitations.
• Detektio Zehatzak: Integration of machine vision and infrared thermography with intelligent algorithms ensures high fault-recognition accuracy.
• Segurua eta Ekonomikoa: Replaces high-risk manual work, reducing safety hazards and long-term operational costs.

IV. Uneko Murrizkiak eta Eskualdea

4.1 Uneko Murrizkiak

• Still requires minimal manual assistance in extremely complex line environments.
• Potential for further optimization of mechanism size and obstacle-negotiation stroke for a more compact design.
• Power system starting current remains relatively high, limiting application on very low-load lines.
• Current fault detection types are mainly focused on broken strands; the range of detectable faults can be expanded.

4.2 Eskualdea

• Mechanism lightweighting and balance optimization to improve obstacle-negotiation efficiency and stability.
• Integration of multi-sensor navigation to enhance positioning and environmental perception accuracy.
• Optimization of the power harvesting circuit to further reduce the starting current and expand the application range.
• Expansion of the fault diagnosis library to include defects such as damaged insulators and contamination.
• Enhancement of the robot’s reliability, improving industrial-grade protection (e.g., dustproof, waterproof, and EMC capabilities).