电力系统的安全运行关系国计民生。输电线路是电力系统中的重要组成部分,其定期巡检是保证系统安全运行的重要基础工作。由于输电线路分布广、距离长,所处环境复杂,通常采用的人工巡检方式,巡检强度大,且难以保证巡检的质量。因此研发出能够代替人力对输电线路进行定期巡检,且具有更高巡检质量的输电线路智能巡检装置是近期机器人领域的热点课题之一。目前,智能巡检装置(或机器人)的研发己经取得很大进展,但仍然存在许多关键技术有待进一步突破和完善。已问世的巡检装置中均不同程度地存在体积较大、结构复杂、行走笨重的问题,特别是大多数装置为双臂结构,跨障时,两臂交替进行,因而装置对输电线的寻找与定位比较困难,而且单臂抓在导线上难以稳定,容易脱线。为此寻求一种可靠、简洁的定位和控制方法显得尤为必要。针对上述问题,本文以国家电网科技项目“架空输电线路智能巡检装置研制”(2014年立项)为依托,研究并开发出一种新型的智能输电线路巡检装置,通过对装置的动力学特性及控制算法的深入研究和仿真验证,在巡检装置的结构轻量化、操作简单化、越障高效化以及控制系统优化等方面进行了积极的、有意义的探索。本文研究的主要工作如下:首先,根据巡检装置的应用环境,特别是地线结构具有的特性,进行了巡检装置结构设计,设计了一类三臂开合式的巡检装置本体。依据巡检作业的环境和巡检内容,建立架空输电线路气候和环境的数学模型。对巡检机器人进行本体结构设计研究,包括行走机构、开合夹具、刹车机构、避障机构和一些配重等辅助机构的设计。其次,对设计的巡检装置进行动力学仿真。基于虚拟样机技术,在Pro-E中建立了巡检装置的三维模型,在ADAMS中进行了动力学仿真,规划越障动作,研究了线缆受力、直线行走与跨障防振锤、悬垂线夹、耐张线夹的动力学过程。再次,研究了巡检装置行走与越障的控制策略与控制系统。采用鲁棒自适应PD控制算法,对越障运动轨迹进行控制,通过仿真验证了策略的可行性。控制系统硬件部分采用监控层、组织层和执行层的三层系统架构:监控层主要完成人机交互与数据无线传输;组织层主要完成数据采集与裁决系统;执行层包含分布在各个关节的电机。控制系统软件方面进行了 ARM主控制程序设计及双遥控器(PC端与手持遥控器)人机交互界面。最后,对研制的巡检装置物理样机进行了三个阶段的全面性能测试,其中包括实验室的爬坡和基本性能测试、低空模拟输电线路上的越障和速度测试以及实际现场220kV输电线路(地线)上的整体性能测试。上述对输电线路智能巡检装置的研究与开发工作取得预期成果,所提出的装置结构策略和以及采用的控制系统方案均得到虚拟样机仿真实验的验证和物理样机性能测试的验证。测试验证表明:所研制的巡检装置各项技术参数均达到了预期目标,工作时不但能对输电线路、绝缘子、金具及杆塔等进行有效的、规范的视频巡检,而且由于结构上的改进和控制系统的优化,使得装置能更稳定地、更可靠地在地线上行走,能自动且更轻松顺畅地跨越线路和杆塔上各种障碍,表现出更好的整体性能。