1.引言

　　高压输电线及杆塔附件长期暴露在野外，因受到持续的机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤，如不及时修复更换，原本微小的破损和缺陷就可能扩大，终导致严重事故。因此，电力公司需要定期对线路设备进行巡检，及时发现早期损伤和缺陷并加以评估，根据评估结果安排必要的维护和修复，从而确保供电的安全可靠性。传统的人工巡检方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对于山区和大江大河等的输电线路巡检存在很大困难，甚至一些巡检项目靠常规方法都难以完成。因此，采用机器人自动巡线成为保障高压输电线安全运行的一种必要手段。

　　高压输电线路巡线机器人属于特种机器人的研究范畴，主要完成高压供电线缆的无损探伤、悬垂绝缘子绝缘特性检测、输电线附件输电性能测试、机械连接牢固性检查、线缆异物清除等高空作业。国外在巡线机器人领域的研究起步较早，研究水平较高，1988年，日本东京电力公司的Sawada等人研制了光纤复合架空地线巡检移动机器人，该机器人可以沿地线爬行，遇到障碍物时，可以通过弧形手臂辅助跨越。加拿大魁北克水电研究院的Montambault等人于2000年研制成功了输电线遥控机器人，该遥控机器人可以消除电力传输线上的积冰，并可以用来线路巡检平台。国内关于输电线路巡线机器人的研究还处于起步阶段，只有武汉水利大学、山东大学、中科院等作过一些研究。

２.控制系统的设计

２.1机器人本体控制系统的设计

.1.1故障检测

　　输电线缆附件种类多，形状复杂，对机器人判断障碍物类型带来了极大的困难。因此有必要携带多种传感器，将多种线路故障检测器集成到巡线机器人移动平台上，运用多传感器信息融合技术，以便提高故障探测的效率、和准确度。主要的传感器有CCD视觉模块、红外温度传感器、超声波传感器等。

　　视觉检测CCD模块使用PC104上的COM2串口，用于识别高压输电线各类附件，从原始图像中找到目标（防振锤、绝缘子、连接金具、隔离棒等附件）所在区域，利用图像处理技术，提取障碍物特征尺寸，自动判断输电线路上的障碍物类型、距离，并向机器人运动控制单元提供越障信息[2]，形成下一步的越障策略。另外，视觉检查一般能发现架空线表面故障现象，如输电线表面损伤，连接金具松脱等；红外温度传感器则利用高压输电线在故障点会产生异常温升的特点，检测线缆的异常温升。本文使用PerkinElmer公司的A2TPMI-334传感器来检测线缆的异常温升，以达到检测线缆故障的目的。

3.1.2运动控制

　　由于机器人的动作较复杂，多数吊臂式巡线机器人采用多电机驱动方案，即用6个电机实现摆动吊臂与行走轮转动。这种方案机器人较为灵活，但多电机增加了机器人的重量，不利于机器人自身平衡。本文用2个电机实现需要的动作，通过3个电磁离合器与图2中的电机1配合控制三个吊臂的摆动，用电机2控制机器人行走。为了增加检测的灵活性，在机器人上增加了两个可升降的传感器支架，分别用电机3和电机4带动。驱动框图如图3所示，用Silicon Lab公司的高性能单片机C8051F047和H桥组件LMD18200T来驱动电机。LMD18200T是美国国家半导体公司（NS）推出运动控制专用H桥组件,内部集成了CMOS控制电路和DMOS驱动电路，峰值输出电流高达6A,连续输出电流3A，工作电压高达55V，具有温度报警和过热与短路保护功能。本文所选电机的连续堵转电流在3A左右，因此选用LMD18200T芯片可以满足使用要求。
电机1与电机2使用数字PID算法调速。数字PID算法是一种常用的控制算法，由等间隔时间光电编码器的数值与给定的速度值进行比较，通过PID算法，改变C8051F047的PWM的占空比，实现电机的闭环控制，即：

    （1）

　　（1）其中 为比例系数， 为积分系数， 为微分系数， 为采样周期[3]。电机3和电机4只用来控制支架升降，对速度无具体要求，因此只需采集编码器脉冲数。

3.1.3数据传输

　　机器人爬行时，要将自身状态信息、采集到的数据、抓拍的图片等信息发送给监控系统；而在特殊情况下，监控系统也要向机器人发送指令，这就需要在两者之间传输数据。设计传输距离<2Km,本文使用一对无线数传模块SRWF-108完成此功能。机器人本体的SRWF-108占用PC104上的COM1端口[4]，波特率9600bps，8位数据位，共有状态帧、指令帧和文件帧三种格式。

3.1.4 电源设计

    巡线机器人在高空作业，只能使用自备电源。本文使用4节12V铅酸蓄电池，由B1205S、B1212S、LM2678等电源转换芯片得到系统需要的+12V, ±5V等电平。为了保证机器人有充足的能源，有必要监控电池电量，本文使用DS2438Z芯片，DS2438Z芯片是DALLAS 公司推出的新一代智能电池监测芯片，具有功能强大、体积小、价格低廉等优点，并且用1-Wire总线传输数据，硬件接线简单，可用来检测电池温度，电压剩余电量等参数。当发现电池电量不足时，机器人本体会向监控系统发出报警，提示更换电池。

3.1.5控制系统的软件

　　PC104控制系统的软件用C语言编程，开发周期短，效率高。程序需实现数据采集、系统状态检测、串行通讯、动作输出、故障处理、异常情况处理、电源监测等功能，其程序流程图如图4所示。与监控系统的数据传输可以采用查询或中断方式，查询方式的优点是编程容易，但会占用较多的系统资源，中断方式则与之相反。机器人除了要进行串口通讯还要完成电机控制、故障处理等功能，因此查询方式不宜使用，本文使用中断方式。初始化COM1和COM1中断处理程序[5]如下：

void InitCOM()    /* 初始化COM1串口，设置串口参数*/

{  outportb(0x3fb,0x80);  /*将设置波特率*/

outportb(0x3f8,0x0c);  /*波特率9600*/

outportb(0x3f9,0x00);  

outportb(0x3fb,0x03);  /*8个数据位，1个停止位、无奇偶校验*/

outportb(0x3fc,0x08|0x0b);/*设置MCR*/

outportb(0x3f9,0x01);    /*开中断*/  }

void interrupt far asyncint()

{   char ch;

ch=inportb(0x3f8);/*ch 为接收到的字符数据*/

…… ……}

3.2监控系统的设计

　　监控系统用Visual Basic 6.0软件开发，VB具有面向对象的可视化设计工具、事件驱动编程机制、强大的数据库操纵功能、Active技术以及应用程序集成开发环境等优点。根据机器人系统的要求，采用模块化思想开发了较完善的监控系统，其可扩展性较强，具有电池电量监测、运动状态监测、线缆故障数据库查询、手动自动切换等功能。能将输电线的故障信息保存在Access数据库中，并对故障类型、时间进行查询。

4.结束语                             

　　本文提出了一种以PC104模块为的机器人控制系统，解决了机器人的自主越障问题，并能识别部分线缆附件，进行无线数据传输,检查线缆状况等,为高压输电线的自动检测提供了便利。