■编者按

　　在工厂能看到高精尖数控加工设备；在城市建设中能看到地铁盾构掘进机；在医院能看到数字化医疗仪器设备；在博览会上还能看到新型的危险作业机器人、仿人仿生机器人……

　　这些在我们生活各方面显神威的机器人，都是在国家863计划先进制造与自动化领域机器人技术主题下的研究成果，该主题对提升我国制造业自动化技术水平、促进传统制造行业的技术改造与产业升级、提高综合国力等方面具有重要意义。

　　本期向您介绍机器人主题专家王越超、机器人主题下研究的危险作业机器人。

　　研发起因：实施线路作业不停电

　　停电这个事实，谁都不喜欢。用户如此，电力部门也是如此，因为经济损失巨大。目前正在建设的“西电东送”工程，包括西北到华北的北通道、四川到华东的中通道、云贵到广东的南通道，可将西部的水电资源送往东部沿海，对缓解我国东部沿海缺电状况起着重要的作用。随之带来的问题是：谁能保证长距离输电的超高压线路的安全运行？线路的运行状况、设备缺陷和沿线情况谁来检查和发现？

　　一方面，在西电东送的过程中，超高压线路经常通过山区、草地、原始森林等环境恶劣地区，部分地段人员及车辆都难于到达；另一方面，我国西部地区粉尘污染较为严重，雨水又较少，户外变电设备外绝缘和自清洁能力差。再加上工业污染和环境问题日益严重，外绝缘表面的积污成为影响设备安全运行的一大隐患，导致绝缘瓷瓶的污闪事故越来越频繁；此外，我们日常所用的10kV配电网结构复杂，电线间的距离以及电线对地距离都很小，维修工作量很大，而国内各电力公司普遍采用人工带电作业的方式，工人必须登杆作业，作业条件恶劣、劳动强度大、精神紧张不说，还容易引发人身伤亡事故。据统计，在全部带电作业事故统计中，配电带电作业事故占一半以上。

　　所以，在不停电的状态下对架空高压供电线路进行维修、增架、撤线等作业，越来越受到重视。“超高压巡线与带电作业机器人项目，是电力生产第一线的需求。据美国有关部门统计，电力设备故障诊断设备的投入产出比为1∶19，不仅可为供电企业带来直接经济效益，其社会效益更大”，机器人主题专家组专家、带电作业机器人负责专家、东南大学教授戴先中告诉记者。

　　研发难度：智能、绝缘、抗干扰

　　“巡视”超高压输电线路，是为了经常掌握线路的运行状况，及时发现设备缺陷和沿线情况，并为线路维修提供资料。因此，要求“身强力壮”的机器人不仅能够在长距离、超高压输电线路上行走，还要能够跨越杆塔、能携带检测设备对线路进行检测，并能携带通讯设备向基站输送数据。

　　“由此可见，带电作业机器人的研制难度较大。”戴教授介绍说。从技术上说，首先，它与大多数危险作业机器人一样，在条件恶劣的野外工作，且工作环境是预先未知的，因此，必须具有一定的智能。其次，带电作业机器人的另一特点是必须保证在高压下绝缘、在强电磁干扰下能正常工作。另外，具有越障功能的巡线机器人与配电带电作业机器人的机械机构非常复杂。

　　为了很好地完成课题目标，自2002年起，课题组组织了国内超高压巡线与带电作业机器人领域的6家优势研发单位，以他们为核心组织了包括电力设备制造厂、电力公司在内的6个具体的研发小组，分别主攻一台样机，进行攻关突破。“我们的考虑是，优势研发单位在机器人技术研究和应用方面有成果和经验，样机试验单位熟悉和掌握超高压输配电设备特点和工艺数据，电力设备制造企业具备在超高压输配电设备研制生产的技术优势和丰富的设计经验。”戴教授说。

　　研发成果：多台样机

　　经过两年来的联合攻关，6个研发小组均研制出了样机，并进行了相应的样机试验，包括现场试应用。

　　带电作业机器人的工作职能不同，因此需要克服的难题也不同。两年的时间并不长，但取得的技术突破却历历可数，戴教授颇为骄傲地向记者谈到了以下几个方面。

　　“巡线”机器人，顾名思义，就是要能够沿着超高压线路走，滚爬、跨越或避让障碍物的能力都必须具备，因此核心技术是机器人的组合机构及其机械装置。“我们采用了两小臂共用变长大臂、两小臂沿变长大臂的交错运动（即跨越运动）和滚爬相结合的运动，以最少的自由度实现了机器人机构的沿输电导线的空间运动，从而使机器人能够实现沿输电导线全路径的机械运动。这一方式也使得机器人的结构更加紧凑，变得尺寸小、重量轻。”研究的结果包括：

　　一台具有越障功能的220kV沿相线巡线机器人样机，2003年10月在武汉供电局汉阳分局的一条220kV实际线路上进行了电磁兼容试验，2004年10月又在该局的一条220kV实际线路上进行了带电运行试验。一台具有一挡内行走功能的500kV沿避雷地线巡线机器人样机已完成锦州超高压局董辽二线的现场试验。一台具有越障功能的110kV沿相线巡线机器人样机已经在实验室制作、安装完成，并完成了各系统联调和样机的上线试运行。

　　对于变电设备带电清扫机器人，专家们在高压绝缘油缸的制作、高压环境下的高可靠性冗余度控制系统方面取得关键性技术突破。目前，国际上第一台“220/330kV变电设备高压带电清扫机器人”样机在兰州供电局的带电运行试验已经完成，第二台样机的设计、制作正在进行，能用于更高等级电压（500kV）的变电设备高压带电作业。

　　配电带电作业机器人的难题，是要求系统既确保高压电的隔离，以确保遥控操作人员的安全，又要求其“手臂”要像人一样灵活，“课题组在双臂及辅助臂的协调及避障控制技术、强电磁干扰下机器人控制系统的可靠性方面取得了突破”。一台10kV配电带电作业机器人样机以及配套的作业工具（夹钳、动力扳手、断接引工具等），正在天津供电局进行现场试用。

　　应用前景：有效提高输配电能力

　　“在上述样机的制作完成中，有多项影响机器人未来发展的技术，如：具有越障功能的巡线机器人与配电带电作业机器人的机械机构与控制技术；带电作业机器人的（高压）绝缘与隔离技术；控制系统在强电磁干扰下能够正常工作的技术；机器人的故障检测、主动视觉技术，等等。”热爱机器人研制工作的戴教授如数家珍地说。

　　戴教授对电力机器人的应用前景十分乐观：“下一阶段，我们将花2年左右的时间形成一定规模的产品，为推广应用打下坚实基础，达到减少电力输配电设备事故、减少对用户的停电时间，从而有效提高输配电能力。此外，这项工作还将达到防止设备维护工作中人员伤害、减轻工人劳动强度的目的。”

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　　高压带电机器人如何作业

　　高压带电作业机器人作业时，作业人员在绝缘斗内随机器人升至线路附近，作业人员操控机器人主手遥控操作机器人从手进行作业，机器人主手与从手之间控制信号由无线数传台进行传递，保证了作业人员与高压电场隔离。

　　对于一些需要精确定位的操作，如压接导线、拆卸绝缘子螺栓等，则由机器人采用插补或视觉定位的方法自主完成。整个机器人系统由低压电源供电，采用隔离变压器、绝缘支撑连接装置、绝缘夹持手等绝缘防护措施，保证了进行带电作业时机器人系统、操作人员和电力网络的绝缘安全。

　　超高压输电线路巡检机器人

　　目前，我国超高压线路的巡检、维护基本上采用人工沿线逐塔巡视的作业方式，劳动强度大、费用多且危险性较高。而使用机器人，不仅可以减轻巡线作业的强度，降低费用，也可以提高巡检作业的质量和管理技术水平。

　　中国科学院最近研制成功的超高压输电线路巡检机器人系统，能满足一般超高压输电线路巡检的需要，填补了国内空白。该机器人能够在超高压输电线路上一挡内沿架空地线自主行走，其上携带的摄像机或红外热像仪作为检测装置，用于检测输电线、防震锤、绝缘子和杆塔等输电设备的损伤情况，并将检测到的数据和图像信息经过无线传输系统发送到地面基站；地面基站可以接收、显示和存储机器人发回的数据和图像资料。