Autonoma inspekcijas robona 110kV pārvades līnijām: Trīsroka gultņa sistēmas dizains un realizācija

Kopsavilkums​

Lai risinātu manuālās pārbaudes un lidmašīnu aeroapceres būtiskās ierobežojumus augstsprieguma elektrosistēmām, šajā priekšlikumā tiek ieviesta autonomā pārbaudes robonoteikne, kas speciāli izstrādāta 110 kV elektrosistēmām. Ar inovatīvu trīsroku uzgulto mehānisko struktūru, robonoteikne integrē autonomo klejošanos, šķēršļu pārvarēšanu, tiešsaistes enerģijas nogādāšanu un daudzveida kļūdu diagnosticēšanu. Tā mērķis ir automatizēt un intelektualizēt līniju pārbaudi, ļoti uzlabojot gan tīkla darbības efektivitāti un drošību, gan samazinot izmaksas.

​I. Projekta fons un mērķi​

​1.1 Fons: Parastās pārbaudes metodes izaicinājumi​

Augstsprieguma elektrosistēmas, kurām ir pastāvīga izklaides vides ietekme, ir noskaņotas defektos, piemēram, salauztas virves un apakšējā svara dēļ mehāniskā spriedzena, elektriskās aptveres un materiālu novecēšanās dēļ, tāpēc nepieciešama regulāra pārbaude. Pašreizējie metodes saskaras ar nozīmīgiem botlikiem:

• ​Manuālā pārbaude:​​ Darba intensīva, neefektīva, augsta riska un lielā mērā atkarīga no laika apstākļiem un ainavas.
• ​Dronu aeroapcere:​​ Augsta operācijas izmaksas, ierobežota ilgstošums, atkarīga no gaisa telpu kontroles un nelabvēlīgiem laika apstākļiem, un grūti tuvā attāluma defektu noteikšanai.

​1.2 Mērķi: Inteliģenta pārbaudes alternatīva​

Šis projekts mērķis ir izstrādāt autonomā pārbaudes robonoteikni 110 kV augstsprieguma elektrosistēmām, kas varētu aizstāt manuālo darbu. Galvenie mērķi ietver:

• ​Funkcionālā autonomija:​​ Sasniedz autonomo klejošanu un precīzu šķēršļu pārvarēšanu (piemēram, vibrācijas dempfēru un klampu pārsniegšanu) līnijās.
• ​Inteliģenta detekcija:​​ Integrē vizuālos un infrasarkano sensorus, lai automātiski identificētu un diagnosticētu tipiskas kļūdas, piemēram, salauztas virves.
• ​Enerģijas pašnodrošināšanās:​​ Izmanto neskaitāmo induktīvo enerģijas nogādāšanas tehnoloģiju, lai nodrošinātu tiešsaistes pašnodrošināšanos, ļaujot ilgstošu distanci pārbaudīt.
• ​Maksimālā efektivitāte:​​ Ļoti palielina pārbaudes efektivitāti un datu precizitāti, samazinot operācijas izmaksas un drošības riskus.

​II. Galvenie tehniskie risinājumi​

​2.1 Inovatīva mehāniskā struktūras izstrāde: Augsta mobilitāte un stabilitāte​

• ​Kopējā struktūra:​​ Izmanto trīsroku uzgulto konfigurāciju, kas kombinē vairāku segmentu atdalīto un riteņu-rokas savienoto mehānismu priekšrocības, balstoties uz riteņu kustības efektivitāti un plūsmas kustības stabilitāti. Kopējā svars ir aptuveni 29 kg.
• ​Galvenie komponenti:​​
• ​Elpojošas rokas:​​ Priekšējā un aizmugurē esošā roka izmanto divu četrdaļu saites mehānismu, ko pārvada kopā 16 dzinēji, ļaujot neatkarīgu vai koordinētu slīpumu kustību ar savienojuma stigmu-elparsmai nuansē, lai pielāgotos sarežģītām līniju apstākļiem.
• ​Pārvades vienība:​​ Izmanto augstsprieguma Šveices Maxon DC dzinējus ar centrāli atdalītiem riteņiem, nodrošinot stipru šķēršļu pārvarēšanas spēju (spēj pārsniegt vibrācijas dempfērus) un pieaugumu (parasti 60°, līdz 80° ar bremzēšanu).
• ​Bremzes vienība:​​ Izmanto spirāles krankslidera savietojuma mehānismu, lai efektīvi novērstu nejaušu slīkošanu vai kritumu slīpuma pārsniegšanas vai šķēršļu pārvarēšanas laikā.
• ​Kinematiskā validācija:​​ Inversā kinematika analīze CCD iteratīvā algoritma pamatā; simulācijas parāda konverģenci tikai 7 iterācijās, efektīvi validējot robotu spēju sasniegt sarežģītus posus, piemēram, pārsniegt uzsācējus un 45° pagrieziena sprādzienus.

​2.2 Hierarhiska inteliģenta kontrolsistema: Nepārtraukta autonomija un attālināta pārvalde​

• ​Sistēmas arhitektūra:​​ Izmanto trīssluksņu sadalīto kontrolsistēmu (augšējais zemes pārvaldes slānis, vidējais robots plānošanas slānis, apakšējais izpildes slānis), ko koordinē PC/104 industriālais dators un ATmega128AU mikrokontrolers, lai veiktu reāllaika lēmumu pieņemšanu un izpildi.
• ​Hibrīda kontrolēšanas stratēģija:​​
• ​Autonomā režīms:​​ Tiešsaistes maršruta plānošana, balstoties uz iepriekš iestatīto zināšanu bāzi, kombinējot to ar reāllaika sensora atgriezeni, lai nodrošinātu pilnīgu autonomo klejošanu un šķēršļu pārvarēšanu.
• ​Attālināta pārvalde režīms:​​ Īpaši sarežģītos apstākļos zemes operatori var veikt saites līmenī precīzu manipulāciju vai izsniegt makrokomandas, izmantojot attālinātu iejaukšanos, atbalstītas HD video (25–30 Hz) no robotam.
• ​Izpildes rādītāji:​​ Viena pārbaudes attālums ≥ 2 km, vidējais ātrums ≥ 0,9 m/h, attēla pārraides attālums ≥ 2 km.

​2.3 Tiešsaistes induktīvā enerģijas nogādāšana & inteliģentā enerģijas pārvalde: Neierobežots ilgstošums​

• ​Enerģijas nogādāšanas princips:​​ Izmanto atdalīto kodolu strāvas transformatoru, lai induktīvi nogādātu enerģiju no augstsprieguma vednes apkārt esošā magnētiskā lauka. CT kodols ir izgatavots no augstās caurumspējas dzelzs bāzētā nanokristāliskā legāla; optimizēta dizains ļauj zemu sākuma strāvu 32 A.
• ​Enerģijas sistēma:​​ Piegādā stabila retifikētais spriegums; izvadei ir pieejams strāvas diapazons no 32 A līdz 10 kA. Aprīkots ar 24 V/12 A·h inteliģento Li-ion akumulatoru, izmantojot trīsstadia procesu, ar pārsiltuma aizsardzību, lai nodrošinātu drošību, efektivitāti un ilgu izmantošanas laiku.

​2.4 Mašīnas redzes šķēršļu atpazīšana: Precīza navigācija​

• ​Atpazīšanas mērķi:​​ Precīzi atpazīst galvenos šķēršļus, piemēram, uzsācējus, taisna līnija sprādzienus un pagrieziena sprādzienus.
• ​Algoritma plūsma:​​
• ​Novietojums:​​ Grozīgas pozicionēšana, izmantojot subbloka pelēko toni analīzi, precīza identifikācija transmisijas līnijas, izmantojot histogrammas vienlīdzināšanu un sliekšņa segmentāciju.
• ​Raķešu izvelšana:​​ Izmanto morfoloģiskas darbības, lai izgūtu šķēršļu kontūras, analizējot kreiso/desmitās malas slīpumu kā klasifikācijas raksturojumus.
• ​Atpazīšana:​​ Izmanto dūmu modela atpazīšanas algoritmu, balstoties uz maksimālās piederības principu, lai ātri un precīzi atpazītu šķēršļu tipus.
• ​Izpilde:​​ Viens attēla apstrādes laiks ≈ 108 ms; uzticami atpazīst tipiskos šķēršļus, nodrošinot reāllaika ievadi šķēršļu pārvarēšanas lēmumiem.

​2.5 Salauztu viržu inteliģenta diagnosticēšana: Precīza kļūdu brīdinājums​

• ​Detektēšanas princips:​​ Balstās uz salauztu viržu dēļ radīto vietējo pretestības palielināšanos un temperatūras paaugstināšanos, izmanto infrasarkanā sensoru, lai detektētu termālās starojuma signālus.
• ​Inteliģenta diagnosticēšanas modelis:​​
• ​Signālu apstrāde:​​ Izmanto db4 vilktnes bāzi 6 slāņu dekompozīcijai, lai filtrētu trokus un koncentrētos uz frekvences jomām, kas satur kļūdu raksturojumus.
• ​Raķešu izvelšana:​​ Ievieš vilktnes enerģijas entropiju, lai raksturotu signālu sarežģītību, kombinējot to ar detalizēto komponēto pikstu vērtībām, veidojot 4 dimensiju raksturojumu vektoru.
• ​Diagnostikas lēmums:​​ Izmanto 3 slāņu BP neuronu tīklu, lai veiktu diagnosticēšanu. Eksperimentālā verifikācija parāda 100% precizitāti testa paraugiem un 98% tiešsaistes detektēšanas panākumu.

​III. Risinājuma priekšrocību kopsavilkums​

• ​Augsta pielāgojamība:​​ Trīsroku elpojošā struktūra nodrošina lielisku šķēršļu pārvarēšanu un ainavas pielāgojamību.
• ​Augsta autonomija:​​ Hibrīda kontrolsistema ļauj ilgstošu autonomu pārbaudi ar attālinātas iejaukšanās spēju.
• ​Ilgstošs ilgstošums:​​ Inovatīvā tiešsaistes enerģijas nogādāšana fundamentāli risina ilgstošuma ierobežojumus.
• ​Precīza detektēšana:​​ Mašīnas redzes un infrasarkano termografijas integrācija ar inteliģentiem algoritmiem nodrošina augstu kļūdu atpazīšanas precizitāti.
• ​Drošs un ekonomisks:​​ Aizstāj augsta riska manuālo darbu, samazinot drošības riskus un ilgtermiņa izmaksas.

​IV. Pašreizējie ierobežojumi un nākotnes perspektīvas​

​4.1 Pašreizējie ierobežojumi​

• Joprojām nepieciešama minimāla manuālā palīdzība īpaši sarežģītās līniju apstākļos.
• Potenciāla mehānismu izmēra un šķēršļu pārvarēšanas gājiena optimizācija, lai iegūtu kompaktdizainu.
• Enerģijas sistēmas sākuma strāva joprojām ir relatīvi augsta, ierobežojot tās lietošanu ļoti zemas slodzes līnijās.
• Pašreizējie kļūdu detektēšanas tipi ir galvenokārt vērsti uz salauztām virzēm; detektējamās kļūdu diapazona var tikt paplašināts.

​4.2 Nākotnes perspektīvas​

• Mehānismu vieglākā izstrāde un līdzsvara optimizācija, lai uzlabotu šķēršļu pārvarēšanas efektivitāti un stabilitāti.
• Vairāku sensoru navigācijas integrācija, lai uzlabotu pozicionēšanas un vides uztveres precizitāti.
• Enerģijas nogādāšanas shēmas optimizācija, lai vēl vairāk samazinātu sākuma strāvu un paplašinātu lietošanas diapazonu.
• Kļūdu diagnosticēšanas bibliotēkas paplašināšana, lai iekļautu defektus, piemēram, bojājusies izolācijas un piesārņojumu.
• Robota uzticamības uzlabošana, uzlabojot rūpnieciskās aizsardzības (piemēram, pulksteņa, ūdensnecaunības un EMC spējas).