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电流传感器在巡线机器人夹紧力测量中的应用

时间:2024-02-28 22:52:29

来源: M6官方下载


  高压和超高压架空电力线是长距离输配电力的主要方式。为确保供电可靠性,电力公司一定要定期对线路设备做巡检,及时有效地发现早期损伤和缺陷,安排必要的维护和修复。目前,对输电导线 种:

  人工巡线 采用肉眼、望远镜或红外成像仪等设备沿地面对辖区内的电力线进行观测。这种方法劳动强度大,工作效率和探测精度低,可靠性差。

  移动机器人技术的发展,为架空电力线路巡检提供了新的移动平台。高压巡线机器人是沿架空高压输电线路进行巡检作业的全自动化的巡线装置,能够带电工作,沿输电导线全程运行(包括沿输电导线的直线段和耐张线段实现滚动爬行,跨越及避让悬垂线夹、悬垂绝缘子、防震锤、耐张线夹、杆塔等结构型障碍) ,利用携带的传感仪器对杆塔、导线及避雷线、绝缘子、线路金具、线路通道等实施接近检测,代替工人进行电力线路的巡检工作,提高巡线的工作效率和巡检精度。作者所在的课题组在国家863 计划资助下,已研制出巡线机器人样机,并通过了现场运行试验。本文只讨论巡线机器人中采用电流传感器对夹紧力做测量的一种方法。

  巡线机器人移动平台是由两小臂操作手机构和一个公共的变长大臂机构组成。在机器人爬行和跨越障碍物时,需要让一个操作手夹紧导线,腾出另一操作手配合公共的变长大臂在空间做动作,此时操作手能否夹紧导线就显得很关键:夹紧力过大,会损坏机械结构或驱动电机;夹紧力不够,机器人就可能从导线上掉下来。由于机器人工作在强电场、强磁场环境下,且高压输电导线为柔性导索,夹紧机构的夹持角度不固定,待夹导线和障碍的直径也不相同,使其对夹紧力传感器的选用十分苛刻,一定要具有以下条件:(1)能避免强电场、强磁场的干扰。

  磁补偿式电流传感器是由原边线圈、聚磁磁芯、霍尔电极、次级线圈、放大电路等部分所组成,如图1 所示,其工作原理为:原边电流I1 通过原边线 ,其磁力线集中在磁芯气隙周围。内置在磁芯气隙中的霍尔电极产生和原边磁力线成正比的mV 级电压,后续电路将这个微小信号转换成副边补偿电流I2 ,I2 流过次级线 。当原边与副边的磁场达到平衡时,补偿电流I2 即可反映原边电流I1 的值,即I1 N1 = I2 N2 。输出电流I2 经过测量电阻Rm ,则能够获得一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。

  整个电流传感器测力系统由直流驱动电机、电流传感器、模拟/ 数字转换(A/ D) 模块、控制器及传动与夹紧机构组成,如图2 所示。

  在电机正常工作过程中Mf 可视为定值(设为C3 ) ,Ml是在夹紧过程中随夹紧力F 变化的变量。由于在夹紧过程中Ml 的力臂保持不变,故Ml 与F 成线性关系,设:

  由式(4) 可知,夹紧力F 与电机工作电流I g 成线性关系。用电流传感器测出电机的工作电流I g ,通过标定即可转换为相应的夹紧力F。

  根据上述方法,选用CS005LX 型霍尔电流传感器,原边电流测量范围- 5~5 A ,副边额定输出电压4 V ,安装在一台220 kV 沿相线巡线机器人实验样机上。通过带电运行实验,测得电流传感器在夹紧过程中的输出如图3 所示。

  通过对不同实验条件下夹紧效果的检测表明:采用电流传感器测量夹紧力,根据预置阀值的不同能够达到不同的夹紧效果,反应灵敏,重复性较好;能自适应夹紧不同直径的导线或障碍物,无需调整软硬件;不受强电场、强磁场的干扰,符合实际应用要求。

  采用电流传感器测量高压巡线机器人的夹紧力,是对电流传感器用法的一种全新尝试。他区别于一般的通过形变来测量力的方法,通过对系统功耗的转化,用电机的驱动电流间接地反应夹紧力。这种方法无需增加额外的仪器设施,不受结构的安装的地方限制,控制简单,成本低廉,可应用于过载保护、拉压力控制等场合。