110кВ жүйелеріне арналған өзін-өзі тексеретін робот: үш қолдан тұратын асқытқыш жүйесінің құрылымдастыруы мен енгізілуі

Қысқаша

Жоғары құбылыстан электр тасымалдау линияларын жасанды бақылау және аба жетістіктерінің өзіндік шектеулерін шешу үшін, бұл ұсыныс 110 кВ электр тасымалдау линиялары үшін әрекет ететін автономды роботты енгізеді. Робот үш қолмен сүйіктеп болатын механикалық құрылым, өз-өзінен жылжыту, құбылысқа жою, онлайн энергия алу және көптеген дефекттерді диагностикалау функцияларына ие. Ол линияларды бақылау процессін автоматтау және интеллектуалдыру арқылы, түздік қызмет етудің әрі және қауіпсіздігін арттыру, алайда заттарды азайту мақсатын қадамдайды.

I. Жобаның Фону және Мақсаттары

1.1 Фон: Ескі Бақылау Әдістерінің Шектеулері

Ауылшаруашылық ортаға ұзақ уақыт бойы ашық болатын жоғары құбылыстан электр тасымалдау линиялары, механикалық нап, электрлық жарықтау және материалдың ескірудің нәтижесінде жолдардың қырғылуы, издену және басқа дефекттерге ұшырайтын. Мезгілді бақылау үшін қажет. Азық-түлік әдістері салыстыра бастапқы шектеулерге туындайды:

• Жасанды Бақылау: Күрделі, аз үздік, қауіпсіз, ауа райы мен жеңілдету қатарында қатаң шектелген.
• Дронды Аба Жетістік: Жоғары іске қосу төлемдері, қысқа ұзақтық, аба қызметтеріне және жаман ауа райына байланысты, жақын қашықтықта дефекттерді табу үшін қиын.

1.2 Мақсаттар: Интеллектуалды Бақылау Альтернативасы

Бұл жоба 110 кВ жоғары құбылыстан электр тасымалдау линиялары үшін жасанды емегін ортасына қоятын автономды бақылау роботын әзірлеу мақсатында қолданылады. Негізгі мақсаттар:

• Функционалдық Автономия: Линияларда өз-өзінен жылжыту және дәл құбылысқа жою (мысалы, вибрация азайту құралдарын және қабырғаларын өту).
• Интеллектуалды Анықтау: Көрінетін және инфракызыл датчықтарды интегралдау, мысалы, жолдардың қырғылуын диялектикалық дефекттерді автоматты түрде анықтау және диагностикалау.
• Энергия Өз-Өзінен Толтыру: Онлайн өз-өзінен толтыру үшін контактталмаған индуктивті энергия алу технологиясын қолдану, ұзақ қашықтықта бақылау мүмкіндігін беру.
• Максималды Үздік: Бақылау үздігін және деректердің дәлдігін өте арттыру, сондықтан іске қосу заттарын және қауіпсіздік рискин азайту.

II. Негізгі Техникалық Шешімдер

2.1 Жаңартылған Механикалық Құрылым Дизайны: Жоғары Көшірімділік және Стабилдік

• Жалпы Құрылым: Үш қолмен сүйіктеп болатын конфигурациясын қолданады, бұл көптеген бөліктерге бөлінген және кол-қол композиттық механизмдердің артықшылықтарын біріктіреді, колдың қозғалысының үздігімен және өріңкілік қозғалыстың стабилдігімен теңсіздік етеді. Жалпы салмағы қараңыз 29 кг.
• Негізгі Компоненттер:
• Жинақты Қолдар: Алдыңғы және артыңғы қолдардың әрқайсысы төрт бөлікке бөлінген механизми қолданады, 16 мотордың қосымша қозғалысымен, өз-өзінен немесе координацияланған қозғалысқа қол жеткізу, қол қозғалысының жеке жестік-жинақтылық пайдалы өткізу мүмкіндігін береді, түбірлі линия шарттарына қол жеткізу үшін.
• Көшірім Үсті: Жоғары қуатты Швейцария Maxon DC моторын қолданады, орталық бөлінген жүргізуші колдарымен, қатаң құбылысқа жою қабілетін (вибрация азайту құралдарын өту) және қалыңдықты алатын (күнделікті 60°, әрі қарай 80° тормоз қолданылғанда).
• Тормоз Үсті: Спираль-шестерня слайдер өз-өзін түрткіштік механизмін қолданады, қышқылық немесе құбылысқа жою кезінде қате құбылыс немесе құбылысқа жоюн өткізуге қол жеткізеді.
• Кинематикалық Дәлелдеме: CCD итерациялық алгоритміне негізделген кері кинематикалық талдау; симуляцияларда ғана 7 итерацияда жинақталуы көрсетіледі, роботтың құбылыс қабырғаларын өту және 45° бұру жолдарын өту сызықты жасау үшін өте үздік дәлелдеме береді.

2.2 Бөлімді Интеллектуалды Басқару Жүйесі: Сынды Автономия және Уақытша Басқару

• Жүйе Архитектурасы: Үш деңгейлі таратылған басқару құрылымын қолданады (жоғары жер менеджмент деңгейі, орта роботтың планировка деңгейі, төмен жүзестік деңгейі), реалдық уақыттағы шешім қабылдау және жүзестік PC/104 индустриялық компьютермен және ATmega128AU микроконтроллерімен байланыстырылады.
• Гибридті Басқару Стратегиясы:
• Автономды Режим: Алдын ала қойылған білім базасына негізделген offline жол пландау, реалдық уақыттағы датчик қайтарымымен өз-өзінен жылжыту және құбылысқа жою.
• Уақытша Басқару Режимі: өте күрделі ауылшаруашылықта, жер операторлары роботтан қалып келген HD видео (25-30 Гц) арқылы қол қозғалысына таза басқару немесе макро-командаларды қол жеткізе алады.
• Үздік Параметрлері: Бір қатар бақылау қашықтығы ≥ 2 км, орташа қызмет ету қызметі ≥ 0.9 м/сағ, сурет ұстау қашықтығы ≥ 2 км.

2.3 Онлайн Индуктивті Энергия Алу және Интеллектуалды Энергия Басқару: Шектеулсіз Ұзақтық

• Энергия Алу Принципі: Жоғары құбылыстан проводының айналуындағы магниттық айналуынан энергия алу үшін бөлік нүктесін қолданады. CT нүктесінің құрылымы жоғары проницебельдік демір нанокристаллдық сплавынан жасалған; оптимизацияланған дизайн 32 А өте төмен бастау токын ұсынады.
• Энергия Жүйесі: Стабильді түзілген нап береді; шығыс энергиясы 32 А-дан 10 кА-ға дейінгі линия токы аралығын қамтиды. 24 В/12 А·с үш этапты зарядтау алгоритмін қолданатын интеллектуалды Li-ion батарея пакетімен қамтамасыз етіледі, өте жылуы қорғау үшін қауіпсіздік, үздік және ұзақ қызмет ету уақыты қамтамасыз етіледі.

2.4 Машиналық Көріну Объекттерді Анықтау: Дәл Навигация

• Анықтау Объекттері: Сүйіктік қабырғалар, түз жол жолдары, бұру жолдары сияқты маңызды құбылыстарды дәл анықтайды.
• Алгоритм Тізбегі:
• Орналасу: Подблоктардың серый түс анализі арқылы груб орналасу, гистограмма теңестіру және эспе бөлу арқылы трансформатор линиясын дәл анықтау.
• Белгілерді Шығару: Морфологиялық операциялар арқылы құбылыс контурларын шығарады, сол және оң жақ жолдың қырғылуын класификациялық белгілер ретінде талдау.
• Анықтау: Максималды мүшелік принципіне негізделген нечетті модельдік тану алгоритмін қолданады, қызықты және дәл құбылыс типтерін анықтау үшін.
• Үздік: Бір суретті өңдеу уақыты ≈ 108 мс; адекватты құбылыстарды дәл анықтай алады, құбылысқа жою шешімдері үшін реалдық уақытта қатысу қол жеткізеді.

2.5 Жолдардың Қырғылуы Интеллектуалды Диагностика: Дәл Дефект Ескерту

• Анықтау Принципі: Жолдардың қырғылуының құбылысына негізделген жергілікті тұрақтылық артықтыру және температура өсуі, инфракызыл датчик арқылы термалық радиация сигналдарын анықтайды.
• Интеллектуалды Диагностика Моделі:
• Сигналды Өңдеу: db4 вейвлет негізін 6 деңгейлі ажырату үшін қолданады, шығынды фильтрлеу және дефектті қамтамасыз ету үшін түрлі диапазондарға қол жеткізу үшін.
• Белгілерді Шығару: Вейвлет энергия энтропиясын қолданады, сигналдың құралын сипаттау, деталды компоненттердің пик-пик мәндерімен бірге, 4-өлшемді белгілер векторын құрастырады.
• Диагностикалық Шешім: 3 деңгейлі BP нейрондық желін қолданады. Синтетикалық тексеру 100% дәлдікпен тест сүйіктілерінде және 98% онлайн анықтау қуатымен көрсетіледі.

III. Шешімдердің Артықшылықтарын Қорытындылау

• Жоғары Адаптивтілік: Үш қолмен жинақты құрылым өте жақсы құбылысқа жою және ауылшаруашылыққа қол жеткізу қабілетін ұсынады.
• Жоғары Автономия: Гибридті басқару жүйесі ұзақ қашықтықта автономды бақылау қабілетін ұсынады, уақытша қатысу қабілеті бар.
• Ұзақ Ұзақтық: Жаңартылған онлайн энергия алу фундаменталды түрде ұзақтық шектеулерін шешеді.
• Дәл Анықтау: Машиналық көріну және инфракызыл термографияны интеллектуалды алгоритмдермен интегралдау дәл дефект анықтау үшін қол жеткізеді.
• Қауіпсіз және Экономикалық: Жоғары қауіпсіздік жұмыстарын ортасына қояды, қауіпсіздік рискин және узак мерзімді іске қосу заттарын азайту үшін.

IV. Ағымдағы Шектеулер және Келесі Күн

4.1 Ағымдағы Шектеулер

• Өте күрделі линия ауылшаруашылығында әлі де минималды жасанды көмек қажет.
• Механизм өлшемі мен құбылысқа жою қозғалысының қысқартылуы үшін әлі де жақсартылған өлшемі.
• Энергия жүйесінің бастау токы әлі де өте жоғары, өте тығыз линияларда қолданылуы шектеледі.
• Азық-түлік дефекттерін анықтау өзінде құбылыс қырғылуына байланысты; анықтау қабілеттерін кеңейтуге болады.

4.2 Келесі Күн

• Механизмнің азаттығы және теңсіздігін жақсарту, құбылысқа жою үздігін және стабилдіктерін жақсарту.
• Көптеген сенсорлардың навигациясын интегралдау, орналасу және ауылшаруашылықты тану үшін дәлдікті жақсарту.
• Энергия алу схемасын жақсарту, бастау токын әлі де азайту және қолдану аймағын кеңейту.
• Дефекттерді анықтау кітапханасын құбылыс қырғылуынан басқа, құбылыс қырғылуы және тұрақтылық дефекттерінің кеңейтілуі.
• Роботтың ыңғайлылығын жақсарту, индустриялық деңгейде қорғау үшін (мысалы, күнің, суға, EMC қабілеттерін қорғау).