配網(wǎng)帶電作業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀述評(píng)

配網(wǎng)帶電作業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀述評(píng)劉一涵;紀(jì)坤華;傅曉飛;司文榮;任輝【摘要】在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及科技水平高速發(fā)展的今天，整個(gè)社會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的要求越來(lái)越高.配網(wǎng)環(huán)節(jié)作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，配網(wǎng)檢修及新入網(wǎng)等工作需要不同程度的計(jì)劃或臨時(shí)停電來(lái)完成.隨著技術(shù)的進(jìn)步，如果能在配網(wǎng)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)不停電檢修或者新入網(wǎng)等作業(yè)，那么對(duì)于提高電力供應(yīng)的穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的意義.首先綜述了國(guó)內(nèi)外配網(wǎng)帶電作業(yè)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，并簡(jiǎn)要分析了傳統(tǒng)帶電作業(yè)的缺點(diǎn)，陳述了國(guó)內(nèi)外針對(duì)配電線路的帶電作業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及各個(gè)時(shí)期機(jī)器人的特點(diǎn)，并針對(duì)當(dāng)前帶電作業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)及應(yīng)用的一些問(wèn)題，介紹了新一代應(yīng)用與國(guó)網(wǎng)上海市電力公司的帶電作業(yè)機(jī)器人解決方案.【期刊名稱(chēng)】《電力與能源》【年(卷)，期】2019(040)004【總頁(yè)數(shù)】7頁(yè)(P446-451,470)【關(guān)鍵詞】配電線路滯電作業(yè);機(jī)器人【作者】劉一涵;紀(jì)坤華;傅曉飛;司文榮;任輝【作者單位】國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上海200122;國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上海200122;國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上海200122;華東電力試驗(yàn)研究院有限公司，上海200437;億嘉和科技股份有限公司，江蘇南京210041【正文語(yǔ)種】中文［中圖分類(lèi)】TM隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，整個(gè)社會(huì)對(duì)電力供應(yīng)的穩(wěn)定性要求越來(lái)越高，為了更好服務(wù)于當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，配網(wǎng)帶電作業(yè)成了必不可少的環(huán)節(jié)。配網(wǎng)帶電作業(yè)基本停留于人工操作的模式，鑒于當(dāng)前技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是在傳感器及機(jī)器人控制技術(shù)大力發(fā)展的當(dāng)下，機(jī)器人已在眾多高危領(lǐng)域替代人工完成了大量工作任務(wù)，而配網(wǎng)帶電作業(yè)作為一項(xiàng)安全隱患較大的工作，選用配網(wǎng)帶電作業(yè)機(jī)器人替代人去完成相應(yīng)的作業(yè)任務(wù)成為了一種新的選擇。1配網(wǎng)帶電作業(yè)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為就地或者逐級(jí)向各類(lèi)用戶提供和輸送電能的平臺(tái)，在供電質(zhì)量環(huán)節(jié)至關(guān)重要。目前用戶停電原因主要為配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)改造、業(yè)擴(kuò)接電、計(jì)劃?rùn)z修等，為了保護(hù)人員及設(shè)備的安全，電網(wǎng)公司不得不安排計(jì)劃停電來(lái)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢修和升級(jí)。如果能有條件實(shí)施不停電作業(yè)，就可以有效減少用戶停電時(shí)間，確保用戶穩(wěn)定用電，有效提升供電穩(wěn)定性。配網(wǎng)帶電作業(yè)指作業(yè)人員直接接觸帶電配電線路或設(shè)備的作業(yè)或作業(yè)人員利用專(zhuān)用作業(yè)工具、裝置在帶電配電線路或設(shè)備上的作業(yè)，實(shí)現(xiàn)不停電對(duì)配電線路或設(shè)備進(jìn)行檢修等的一種作業(yè)方式。1.1國(guó)外概況前蘇聯(lián)在20世紀(jì)30年代便已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸電線路進(jìn)行首次帶電作業(yè)試驗(yàn)［1］。另外，等電位帶電檢修方法也在20世紀(jì)40年代在220kV及以下電壓等級(jí)線路中得到了應(yīng)用，并隨著后期技術(shù)的積累逐步開(kāi)始了推廣應(yīng)用。隨著電力輸送技術(shù)的成熟，在建成330~750kV線路后，輸電線路有了更高的經(jīng)濟(jì)性，為了提升運(yùn)行的可靠性，帶電作業(yè)成為了輸配電環(huán)節(jié)工作的重點(diǎn)，帶電作業(yè)的需求進(jìn)一步提高。從20世紀(jì)50年代開(kāi)始，美國(guó)分別在345、500kV及765kV等超高壓線路上陸續(xù)嘗試進(jìn)行了帶電作業(yè)，從一開(kāi)始的地電位作業(yè)方式發(fā)展到后來(lái)的等電位作業(yè)方法。目前，美國(guó)的帶電作業(yè)工作已經(jīng)得到了廣泛開(kāi)展應(yīng)用，涉及765kV及以下各電壓等級(jí)的線路［2］；從1962年開(kāi)始，日本便開(kāi)展了帶電作業(yè)，從220kV輸電線路，經(jīng)過(guò)逐年的技術(shù)積累與發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)了500kV超高壓輸電線路的帶電作業(yè)應(yīng)用［3］。目前，以美國(guó)、法國(guó)以及加拿大等為代表的一些歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，廣泛開(kāi)始采用絕緣斗臂車(chē)作業(yè)方式進(jìn)行輸電線路帶電作業(yè)［1，4-5］。美國(guó)和加拿大等國(guó)家已經(jīng)研制成功了能應(yīng)用于765kV輸電線路帶電檢修工作的絕緣斗臂車(chē)并進(jìn)行了實(shí)際的檢修工作，美國(guó)后續(xù)還研制了進(jìn)行單相和三相導(dǎo)線的帶電更換的絕緣機(jī)械臂，可用于導(dǎo)線支撐。在帶電水沖洗裝置的研究應(yīng)用方面，日本研制的用于對(duì)輸電線路絕緣子串進(jìn)行清掃的清洗工具有40多種。此外，很多發(fā)達(dá)國(guó)家以直升機(jī)作為工作平臺(tái)，對(duì)輸電線路絕緣子進(jìn)行帶電水沖洗工作。針對(duì)導(dǎo)線間隔棒的更換、導(dǎo)線修補(bǔ)等帶電作業(yè)任務(wù)，諸如美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家更是利用直升機(jī)來(lái)完成，并在輸電線路帶電檢修及消缺中成為了常用手段之一［6］。1.2國(guó)內(nèi)概況在20世紀(jì)50年代，以6.6-10kV的配電系統(tǒng)為切入點(diǎn)，我國(guó)的帶電作業(yè)研究開(kāi)始起步［7］。在1953年，鞍山市電業(yè)局開(kāi)始了對(duì)帶電清掃、更換和拆裝配電相關(guān)設(shè)備及引線等簡(jiǎn)單工具的研究工作。在1954年，采用木棒制作的工具完成了3.3kV配電線路不停電更換橫擔(dān)、木桿和瓷瓶的作業(yè)，也是第一次實(shí)現(xiàn)帶電作業(yè)。我國(guó)第一部具有指導(dǎo)性的帶電作業(yè)規(guī)程《高壓架空線路不停電檢修安全工作規(guī)程》在1960年5月出版，該書(shū)的出版標(biāo)志著我國(guó)帶電作業(yè)從規(guī)程指導(dǎo)及實(shí)際操作上已步入正規(guī)。在后來(lái)的幾十年，國(guó)家電網(wǎng)公司組織了多次關(guān)于帶電作業(yè)的技術(shù)論證、研討及實(shí)操比賽，對(duì)我國(guó)帶電作業(yè)的技術(shù)水平和操作水平帶來(lái)了極大提升。在有關(guān)部門(mén)的重視、大力支持下，即便我國(guó)在帶電作業(yè)技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，但是近年來(lái)卻得到了迅猛發(fā)展，已經(jīng)對(duì)各種帶電作業(yè)工具實(shí)現(xiàn)了自主的研發(fā)，并進(jìn)行了批量化的生產(chǎn)。但近些年國(guó)外對(duì)一些具備較高自動(dòng)化水平的設(shè)備有了很多研究，但國(guó)內(nèi)目前還是主要依托于人工操作。從國(guó)內(nèi)夕卜配網(wǎng)帶電作業(yè)的發(fā)展來(lái)看，配網(wǎng)系統(tǒng)的帶電作業(yè)方式都是人工帶電作業(yè)。在作業(yè)過(guò)程中，操作人員要時(shí)刻位于高空、高電壓、高電場(chǎng)的環(huán)境中，勞動(dòng)強(qiáng)度大、精神緊張,容易引發(fā)人身傷亡及設(shè)備安全事故。為了改善這種作業(yè)不安全的狀況，考慮到當(dāng)前技術(shù)水平，從帶電作業(yè)的工器具上著手,研制出一些作業(yè)方便、靈活、安全可靠的自動(dòng)化或半自動(dòng)化的帶電作業(yè)工器具是一種比較現(xiàn)實(shí)的一種做法。就目前技術(shù)情況來(lái)看，使用具有較高智能化水平的帶電作業(yè)機(jī)器人來(lái)完成傳統(tǒng)的帶電作業(yè)工作是未來(lái)的主要發(fā)展方向，利用帶電作業(yè)機(jī)器人不僅保證了操作人員的人身安全而且大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了勞動(dòng)效率和操作的規(guī)范性。2帶電作業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀帶電作業(yè)機(jī)器人指的是利用機(jī)械手臂結(jié)合末端工具來(lái)實(shí)現(xiàn)在帶電線路或設(shè)備上進(jìn)行不停電檢修、測(cè)試的一種機(jī)器設(shè)備，其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，確保穩(wěn)定供電具有極其重要的意義。帶電作業(yè)機(jī)器人是由傳感器技術(shù)、圖像處理技術(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、特種材料、計(jì)算機(jī)控制等多領(lǐng)域技術(shù)交叉的綜合系統(tǒng)，主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、絕緣機(jī)構(gòu)、傳感系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成［7］。鑒于目前主網(wǎng)作業(yè)都是計(jì)劃性的作業(yè)，配網(wǎng)側(cè)由于臨時(shí)性的檢修、維護(hù)等需求較多，因此目前針對(duì)帶電作業(yè)機(jī)器人的研究主要集中于配網(wǎng)。2.1國(guó)外概況國(guó)外對(duì)帶電作業(yè)機(jī)器人的研究起步較早，而在20世紀(jì)80年代，日本便已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究［8-9］。到目前為止，日本高空高壓帶電作業(yè)機(jī)器人研究已經(jīng)進(jìn)入第三代（PhaseIII，研究計(jì)劃為1997—2006年）。到1993年僅日本九州地區(qū)就已經(jīng)有85個(gè)帶電作業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)場(chǎng)工作。美國(guó)、加拿大也是在20世紀(jì)80年代中期開(kāi)展了高空帶電作業(yè)機(jī)械手的研究［9-15］。從國(guó)夕卜帶電作業(yè)機(jī)器人的發(fā)展歷程來(lái)看，帶電作業(yè)機(jī)器人可以分為三代產(chǎn)品。第一代：主從控制機(jī)器人。該類(lèi)型的機(jī)器人由固定在絕緣斗臂里面的兩個(gè)六自由度的機(jī)械臂的從機(jī)械手組成。使用時(shí)，帶電作業(yè)專(zhuān)用車(chē)輛將操作者和機(jī)器人一起送到需帶電作業(yè)的線路附近，操作人員通過(guò)控制機(jī)械臂來(lái)完成作業(yè)任務(wù)，如圖1(a)所示。該控制形式在日本、美國(guó)等國(guó)家應(yīng)用比較廣泛。圖1國(guó)夕卜帶電操作機(jī)器人第二代：半自主機(jī)器人。操作人員站在地面對(duì)通過(guò)升降裝置抬高到線路附近的安置在絕緣斗臂里面的兩個(gè)機(jī)械臂進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)作業(yè)任務(wù)。在這一階段中，視覺(jué)定位和激光測(cè)距技術(shù)在兩個(gè)機(jī)械臂上得到了應(yīng)用，可以便于操作人員對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位分析，從而進(jìn)行準(zhǔn)確控制，如圖1(b)所示。第三代：全自主機(jī)器人。具備相應(yīng)的傳感器對(duì)環(huán)境進(jìn)行三維建模及定位，能夠自主實(shí)現(xiàn)自身運(yùn)動(dòng)的決策規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)更精確的控制，是一種智能化程度較高的機(jī)器人，目前該款機(jī)器人的研制和應(yīng)用還需要一定的時(shí)間，如圖1(c)所示。2.2國(guó)內(nèi)概況當(dāng)前國(guó)內(nèi)已有多個(gè)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)研究配網(wǎng)帶電作業(yè)機(jī)器人，并在近幾年來(lái)取得了較豐碩的研究成果［7,16］。雖然國(guó)外帶電作業(yè)機(jī)器人技術(shù)先進(jìn)并已部分投入實(shí)際應(yīng)用，但由于存在以下問(wèn)題而無(wú)法在國(guó)內(nèi)推廣使用。由于各國(guó)高壓輸電線路制式、高壓電器設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)及安裝方式等存在差異，國(guó)外卜產(chǎn)品不能直接應(yīng)用于我國(guó)高壓電路作業(yè)。國(guó)外廠家在帶電作業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵核心技術(shù)方面對(duì)我國(guó)嚴(yán)格封鎖保密?；趪?guó)家安全、政治等考慮，在一些關(guān)鍵和特殊敏感區(qū)域，國(guó)外產(chǎn)品不便也不能使用。20世紀(jì)90年代初，我國(guó)多個(gè)電力部門(mén)和科研單位就提出研制帶電作業(yè)機(jī)器人，但由于當(dāng)時(shí)許多條件不具備，該項(xiàng)技術(shù)研究未能進(jìn)一步開(kāi)展。隨著科技的發(fā)展，以及人們對(duì)配電可靠性和帶電作業(yè)安全性要求的不斷提高，研發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的帶電作業(yè)機(jī)器人的條件逐步成熟。山東電力研究院、山東魯能智能技術(shù)公司是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展高壓帶電作業(yè)機(jī)器人研制的單位［17-18］，最初研制的帶電作業(yè)機(jī)器人通過(guò)手持終端控制機(jī)械手進(jìn)行作業(yè)，操控性較弱；進(jìn)一步改進(jìn)后，操作人員可通過(guò)主手和鍵盤(pán)控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主從式控制，但是由于機(jī)械臂采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制柜內(nèi)接線復(fù)雜，并且從機(jī)械臂末端不能承受較大的負(fù)荷，同時(shí)由于機(jī)械手自身質(zhì)量大，不適合安裝在絕緣斗臂車(chē)上進(jìn)行高空作業(yè)。目前在研的帶電作業(yè)機(jī)器人采用兩個(gè)液壓機(jī)械臂，具有自重輕，持重大的特點(diǎn)。但由于機(jī)械臂無(wú)力反饋功能，操作者無(wú)法感知作業(yè)環(huán)境，機(jī)器人的作業(yè)內(nèi)容與作業(yè)效率受到很大限制。同時(shí)，因雙臂協(xié)調(diào)控制等方面的功能尚不完善，還不能自主地完成精細(xì)復(fù)雜的工作，未能真正實(shí)現(xiàn)工程化應(yīng)用。山東魯能智能技術(shù)有限公司及山東省電力科學(xué)研究院對(duì)高壓帶電作業(yè)機(jī)器人的研究起步較早。從20個(gè)世紀(jì)末開(kāi)始，經(jīng)過(guò)近二十年的研究歷程，其研發(fā)的帶電作業(yè)機(jī)器人目前已經(jīng)迭代三代。第一代：通過(guò)對(duì)手持終端進(jìn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)以兩臺(tái)日本MOTOMAN機(jī)械臂為主體的從機(jī)械手的控制，并完成后續(xù)作業(yè)任務(wù)，如圖2所示。由于技術(shù)原因，該款機(jī)器僅可以實(shí)現(xiàn)由操作人員通過(guò)在終端設(shè)備錄入相關(guān)的運(yùn)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)，并具備一些簡(jiǎn)單的示教功能。因?yàn)榧夹g(shù)條件原因，該設(shè)備的控制柜體積大，搬運(yùn)不便，并不適用于高空作業(yè)環(huán)境，且因?yàn)闄C(jī)械臂的控制系統(tǒng)不對(duì)外開(kāi)放，存在局限，不能實(shí)現(xiàn)主從控制模式。圖2國(guó)內(nèi)第一代帶電操作機(jī)器人表1國(guó)內(nèi)外卜產(chǎn)品功能對(duì)比表國(guó)家時(shí)間產(chǎn)品階段控制模式功能特點(diǎn)日本1984-1989第一代主從模式斗內(nèi)的操作者通過(guò)主從操作模式進(jìn)行帶電作業(yè)1993第二代遙操作在地面的作業(yè)倉(cāng)中遠(yuǎn)程遙控進(jìn)行配網(wǎng)帶電作業(yè)未面世第三代全自動(dòng)全自動(dòng)作業(yè)法國(guó)1990-1992第一代主從模式樣機(jī)研制階段，無(wú)成品西班牙20世紀(jì)90年代第一代主從模式增加了遙操作功能美國(guó)20世紀(jì)90年代第二代遙操作49kV以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)檢修,末端配有傳感器中國(guó)20世紀(jì)90年代第一代示教操作系統(tǒng)閉塞，幾乎無(wú)實(shí)用價(jià)值1999—2012第二代主從模式雙機(jī)械臂作業(yè)，用于10kV及以下的配電網(wǎng)絡(luò);主體結(jié)構(gòu)主要由國(guó)外引進(jìn)第二代：可以通過(guò)控制面板或操縱桿進(jìn)行對(duì)機(jī)械手的控制，實(shí)現(xiàn)作業(yè)任務(wù)，該款機(jī)器人為主從控制模式，如圖3所示。值得關(guān)注的是，該款機(jī)器人采用的六自由度機(jī)械臂是由哈爾濱工業(yè)大學(xué)自主研制的，受制于機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)方式，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。雖然該款機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了主從控制，但內(nèi)部控制柜接線復(fù)雜，使得機(jī)械臂末端承受負(fù)載能力較弱，存在局限。圖3國(guó)內(nèi)第二代帶電操作機(jī)器人第三代：利用在拓?fù)錂C(jī)構(gòu)上屬于同構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)的主機(jī)械手、從機(jī)械手，以主機(jī)械手為主體，從機(jī)械手跟隨其進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)動(dòng)的主從控制模式。采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，便于操作的主機(jī)械手，并且配合末端能承受較大負(fù)載，絕緣性能高，利用液壓驅(qū)動(dòng)的從機(jī)械手，使得機(jī)器人帶電作業(yè)的穩(wěn)定性得到了極大提高，也使得操作人員的安全性得到了保障，遠(yuǎn)離了高電壓、強(qiáng)磁場(chǎng)的作業(yè)環(huán)境，如圖4所示。圖4國(guó)內(nèi)第三代帶電操作機(jī)器人目前，針對(duì)帶電作業(yè)機(jī)器人的研制及應(yīng)用，國(guó)內(nèi)較國(guó)外還有較大的差異，如表1所示。3存在問(wèn)題及發(fā)展方向當(dāng)前已有的配網(wǎng)帶電作業(yè)機(jī)器人存在整體較笨重，完全依賴于操作員操作，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本為開(kāi)環(huán)控制等問(wèn)題，難以適應(yīng)更加復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)所，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用及規(guī)模推廣造成了很大影響。3.1存在問(wèn)題目前國(guó)內(nèi)外卜帶電作業(yè)機(jī)器人主要采用兩種模式：①絕緣斗內(nèi)配置操作人員與機(jī)械臂，被升降機(jī)構(gòu)抬高到架空線路旁通過(guò)對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行操作從而完成帶電作業(yè)；②操作人員在地面，機(jī)械臂由升降機(jī)構(gòu)抬升到作業(yè)點(diǎn)，操作人員通過(guò)終端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察并對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行操控，從而實(shí)現(xiàn)帶電作業(yè)任務(wù)。第一種操作模式中操作人員仍舊處于接近架空線位置，觸電風(fēng)險(xiǎn)仍然存在，因此當(dāng)下的研發(fā)重心還是集中于第二種模式，通過(guò)操作人員遙控操作空中機(jī)械臂完成帶電作業(yè)。第二種模式中操作人員會(huì)因遮擋關(guān)系、監(jiān)視器等問(wèn)題而無(wú)法直觀準(zhǔn)確獲取現(xiàn)場(chǎng)信息，通過(guò)攝像頭查看到的信息也會(huì)造成很多三維信息的丟失，使得目前操作人員在進(jìn)行遙控操作時(shí)效率低下，該模式存有一定的誤操作風(fēng)險(xiǎn)［19-20］。結(jié)合當(dāng)前帶電作業(yè)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì)來(lái)看，帶電作業(yè)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用方面還有以下幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題需要解決，如表2所示。表2帶電作業(yè)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用方面的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題序號(hào)名稱(chēng)關(guān)鍵問(wèn)題絕緣安全防護(hù)在高壓線路或設(shè)備的帶電作業(yè)中，機(jī)器人在操作失誤或機(jī)器人故障時(shí)也要有一定的防護(hù)措施來(lái)保障電網(wǎng)及人員的絕對(duì)安全。在不同的氣候條件下，絕緣防護(hù)水平也要求不被破壞或造成隱患帶電作業(yè)工具不統(tǒng)一帶電作業(yè)因?yàn)樽鳂I(yè)環(huán)境多樣且復(fù)雜,需要各類(lèi)工具來(lái)滿足作業(yè)需求，但市面上的工具接口和形狀各異，使得機(jī)器人工具的快速更換要求無(wú)法滿足。為了進(jìn)一步提高帶電作業(yè)效率,減少作業(yè)成本，滿足機(jī)器人應(yīng)用要求，設(shè)計(jì)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)工具顯得尤為重要機(jī)器人入網(wǎng)規(guī)范及操作標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)目前在入網(wǎng)規(guī)則及相關(guān)操作標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方面幾乎為空白。為了更好、更安全的利用機(jī)器人進(jìn)行相關(guān)作業(yè),保障人員及設(shè)備安全，需盡快落實(shí)帶電作業(yè)機(jī)器人相關(guān)的規(guī)章制度及流程體系建設(shè)3.2發(fā)展方向由于帶電作業(yè)機(jī)器人具備集成度高，應(yīng)用可靠性要求高等特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前帶電作業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用場(chǎng)景要求來(lái)看，目前帶電作業(yè)機(jī)器人發(fā)展主要有以下幾個(gè)要求［1，21］。安全性。高壓帶電作業(yè)機(jī)器人需要有足夠安全的防護(hù)裝備，以此來(lái)保障機(jī)器人在進(jìn)行相關(guān)操作時(shí)能夠有足夠的安全性。并且要求帶電作業(yè)機(jī)器人在其他任何情況下發(fā)生意外故障時(shí)，能夠保證操作人員的人身安全，減少作業(yè)時(shí)帶來(lái)的不必要損失。適應(yīng)性。高壓帶電作業(yè)的環(huán)境比較復(fù)雜，而且具體的作業(yè)目標(biāo)比較繁多，使機(jī)器人必須具有一定的適應(yīng)性。通用性。一般來(lái)說(shuō)，帶電作業(yè)機(jī)器人有明顯的機(jī)械化特點(diǎn)。因此，在發(fā)展的過(guò)程中需要注意其通用性，讓該工具能夠有其他用途，從而體現(xiàn)出帶電作業(yè)機(jī)器人的通用性。總而言之，帶電作業(yè)機(jī)器人需具有安全性、適應(yīng)性、通用性等特點(diǎn)，運(yùn)用這些特點(diǎn)，在最大程度上助力帶電作業(yè)工作開(kāi)展，以此來(lái)提高帶電作業(yè)的質(zhì)量和安全性。在充分考慮了現(xiàn)階段帶電作業(yè)機(jī)器人存在的問(wèn)題和今后實(shí)際生產(chǎn)中可能發(fā)生的需求，以及考慮發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)后，國(guó)網(wǎng)上海市電力公司協(xié)同億嘉和科技股份有限公司在2018年著手研究新一代配網(wǎng)帶電作業(yè)機(jī)器人(如圖5所示)。該機(jī)器人可支持遙控操作、自主操作等多種操作模式，不需要人接近操作設(shè)備；采用4級(jí)絕緣設(shè)計(jì)，能夠有效保證設(shè)備與作業(yè)人員安全；針對(duì)不同的操作對(duì)象，設(shè)計(jì)不同的可快速更換操作工具，系統(tǒng)能夠高效完成工具更換；操作機(jī)械臂末端采用視覺(jué)伺服，能夠精確控制操作，避免線纜受傷破損；后臺(tái)系統(tǒng)支持一鍵急停，能夠三維顯示當(dāng)前機(jī)器人工作狀態(tài)，便于操作人員實(shí)時(shí)做出判斷。機(jī)器人整體由操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)、決策控制系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、絕緣系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)等組成。該款機(jī)器人主要參數(shù)如下：質(zhì)量約120kg；尺寸800mmx600mmx2300mm；末端定位精度±0.03mm；有效負(fù)載5kg(支持多種工具，可自主切換)；通信方式為無(wú)線；控制方式為遙操作、自主控制。圖5上海新一代帶電作業(yè)機(jī)器人該款機(jī)器人目前已在上海市完成了10kV帶電搭接線全流程工作，包括機(jī)械臂自主路徑規(guī)劃，自動(dòng)完成剝線、刷線、抓引線、穿線、夾線、緊固、絕緣等流程。此外，當(dāng)前國(guó)網(wǎng)上海市電力公司已經(jīng)開(kāi)始啟動(dòng)關(guān)于帶電作業(yè)機(jī)器人的入網(wǎng)規(guī)范及操作標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)工作，以期能夠盡快將帶電作業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化。在機(jī)器人本體技術(shù)研發(fā)方面，下階段將重點(diǎn)進(jìn)行視覺(jué)傳感技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)基于激光和圖像的高精度環(huán)境建模，完成自主3D建模，優(yōu)化機(jī)械臂軌跡規(guī)劃與避碰、增加夾具種類(lèi)擴(kuò)展帶電作業(yè)種類(lèi)等工作。4結(jié)語(yǔ)相比于國(guó)外，我國(guó)在配網(wǎng)帶電作業(yè)方面雖然起步較晚，但目前總體發(fā)展水平較好，特別是在利用機(jī)器人進(jìn)行相關(guān)帶電作業(yè)方面，國(guó)網(wǎng)上海市電力公司新一代產(chǎn)品已完成了實(shí)際操作應(yīng)用。相比目前國(guó)內(nèi)外已有的技術(shù)，國(guó)網(wǎng)上海市電力公司最新款機(jī)器人采用多級(jí)絕緣設(shè)計(jì)，有效保障了機(jī)器人和設(shè)備的絕緣安全性；操作方式也由傳統(tǒng)的人站在斗臂車(chē)上控制機(jī)械臂轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程操控加機(jī)械臂末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)視覺(jué)伺服閉環(huán)自動(dòng)決策控制的方式，極大地保障了操作的可靠性；得益于雙臂協(xié)調(diào)控制技術(shù)及統(tǒng)一的操作器具接口設(shè)計(jì)，可有效地提升操作效率，保障應(yīng)用場(chǎng)景多元化。但也要看到，目前由于帶電作業(yè)機(jī)器人自身較重，實(shí)際應(yīng)用嚴(yán)重依賴于絕緣斗臂車(chē)，導(dǎo)致很多場(chǎng)景無(wú)法到達(dá)，并且機(jī)器人受到研究開(kāi)發(fā)時(shí)間較短、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足等因素影響，在自身設(shè)計(jì)及應(yīng)用方式上面還需進(jìn)一步加大研究力度。參考文獻(xiàn)：【相關(guān)文獻(xiàn)】李天友.配電不停電作業(yè)技術(shù)發(fā)展綜述[J].供用電，2015(5):6-8.LITianyou.Areviewofthedevelopmentofnon-serviceinterruptionworkingtechnologyindistributionnetwork[J].Distribution&Utilization,2015(5):6-8.TakaokaK,YokoyamaK,WakisakoH,etal.Developmentofthefully-automaticlive-linemaintenancerobotPhase-III[C]//AssemblyandTaskPlanning,2001,ProceedingsoftheIEEEInternationalSymposiumon.IEEE,2001:423-428.Nakashima,Yakabe,Maruyama.Developmentofsemi-automatichot-lineworkrobotsystemPhase-II[J].(P.154,No.227,Vol.59)TechnicalreportofYASKAWAELECTRICCORPORATION.劉庭，唐盼，周炳凌，等.500kV線路絕緣斗臂車(chē)帶電作業(yè)安全距離試驗(yàn)[J].高電壓技術(shù)，2016，42⑺：2315-2321.LIUTing,TANGPan,ZHOUBingting,etal.ExperimentResearchofMinimumApproachDistanceforLiveWorkingUsedof500kVInsulatedAerialVehicles[J].HighVoltageEngineering，2016,42⑺：2315-2321.苗俊杰，阮鵬程，范文菁，等.復(fù)雜線路環(huán)境下帶電作業(yè)機(jī)器人絕緣系統(tǒng)的研究[A].超重運(yùn)輸機(jī)械，2017(3):62-63.劉陽(yáng).對(duì)輸配電線路帶電作業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的探討[J].科技致富向?qū)?2014(32):187.王凱軍，應(yīng)鴻，魯守銀，等.高壓帶電作業(yè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)背景及展望[J].浙江：浙江電力，2005(6)：15-16.SAWADAJ,KUSUMOTOK,MAIKAWAY,etal.AMobileRobotforInspectionofPowerTransmissionLines[J].IEEETransonPowerDelibery,1991,6(1):309-315.NAKASHIMAM,YANOK,MARUYAMAY,etal.TheHotLineWorkRobotSystem"PhaseII"andItsHuman-robotInterface"Mos"[J].In:ProcessoftheIEEE/RSJInterConferonIntelligentRobotsandSystems,Vol2.1995.116-123.L.F.PENIN,R.ARACIL,M.FERRE.Teleroboticsystemforlivepowerlinesmaintenance:ROBTET.Proceedingof1998[J].IEEEInternationalConferenceonRobotics&Automation.SANTAMARIAA,ARACILR,TUDURIA,etal.TeleoperatedRobotsforLivePowerLinesMaintenance[C]//Proceedingsofthe14thInternationalConferenceandExhibitiononElectricityDistribution.Washington:IEEEPress,1997:3.31.1-3.31.5.UDODE,MOLCHANOVV,TALOVERYAV,etal.AutomatedApparatusforLiveWorkonOverheadTransmissionLines[C]//Proceedingsof1998InternationalConferenceonTransmissionandDistributionConstructionandLiveLineMaintenanc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