电流传感器在巡线机器人夹紧力测量中的应用.docx

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1、电流传感器在巡线机器人夹紧力测量中的应用电流传感器在巡线机器人夹紧力测量中的应用hanjuan导语：高压和超高压架空电力线是长间隔输配电力的主要方式。1引言高压和超高压架空电力线是长间隔输配电力的主要方式。为确保供电可靠性,电力公司必须定期对线路设备进展巡检,及时发现早期损伤和缺陷,安排必要的维护和修复。目前,对输电导线进展巡检的方法主要有2种:人工巡线采用肉眼、望远镜或者红外成像仪等设备沿地面对辖区内的电力线进展观测。这种方法劳动强度大,工作效率和探测精度低,可靠性差。航测法直升飞机巡线。这种方法存在巡线盲区和平安问题,巡检费用昂贵。挪动机器人技术的开展,为架空电力线路巡检提供了新的挪动平台

2、。高压巡线机器人是沿架空高压输电线路进展巡检作业的全自动化的巡线装置,可以带电工作,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、杆塔等构造型障碍,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、线路通道等施行接近检测,代替工人进展电力线路的巡检工作,进步巡线的工作效率和巡检精度。作者所在的课题组在国家863方案资助下,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进展测量的一种方法。巡线机器人挪动平台是由两小臂操纵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

3、物时,需要让一个操纵手夹紧导线,腾出另一操纵手配合公共的变长大臂在空间做动作,此时操纵手能否夹紧导线就显得尤为关键:夹紧力过大,会损坏机械构造或者驱动电机;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一样,使其对夹紧力传感器的选用特别苛刻,必须具备以下条件:1能防止强电场、强磁场的干扰。2能自适应夹紧不同直径的物体。3构造小巧、重量轻、便于安装。本文采用磁补偿式电流传感器间接测量巡线机器人夹紧力,效果良好。2磁补偿式电流传感器原理磁补偿式电流传感器由原边线圈、聚磁磁芯、霍尔电极、次级线

4、圈、放大电路等局部组成,如图1所示,其工作原理为:原边电流I1通过原边线圈N1产生磁场B1,其磁力线集中在磁芯气隙四周。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流过次级线圈N2产生补偿磁场B2。当原边与副边的磁场到达平衡时,补偿电流I2即可反映原边电流I1的值,即I1N1=I2N2。输出电流I2经过测量电阻Rm,那么可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。3系统构成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。其中直流电机通过传动机构驱动

5、夹紧机构动作,电流传感器串接在电机正极接线端子中,其输出信号送入A/D转换模块,控制器根据转换结果控制电机的动作。4电流传感器测力原理在电机工作时,其工作电流Ig与电机轴输出转矩M的关系为:Ig=fM当系统采用恒压源供电时,Ig与M成线性关系,令:Ig=C1M+C21而:M=Mf+Ml2那么:Ig=C1Mf+Ml+C2其中Mf为机械摩擦阻力矩;Ml为夹紧力反力矩。在电机正常工作经过中Mf可视为定值设为C3,Ml是在夹紧经过中随夹紧力F变化的变量。由于在夹紧经过中Ml的力臂保持不变,故Ml与F成线性关系,设:Ml=C4F+C53那么:Ig=C1C3+C1C4F+C1C5+C2令:C1C3+C1C

6、5+C2=C6,C1C4=C7那么有:Ig=C6F+C74以上各式中C1C7均为常数。由式4可知,夹紧力F与电机工作电流Ig成线性关系。用电流传感器测出电机的工作电流Ig,通过标定即可转换为相应的夹紧力F。5实验数据处理根据上述方法,选用CS005LX型霍尔电流传感器,原边电流测量范围-55A,副边额定输出电压4V,安装在一台220kV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经过中的输出如图3所示。由于机械摩擦阻力矩随传动机构的运动而变化,电流传感器的输出有振动现象,需要进展相应的软件滤波处理,以保证夹紧效果。采用连续屡次判定采样电流大于阀值的方法即可方便地滤除干扰,如图4所示。6结论通过对不同实验条件下夹紧效果的检测说明:采用电流传感器测量夹紧力,根据预置阀值的不同可以到达不同的夹紧效果,反响灵敏,重复性较好;能自适应夹紧不同直径的导线或者障碍物,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响夹紧力。这种方法无需增加额外的仪器设备,不受构造的安装位置限制,控制简单,本钱低廉,可应用于过载保护、拉压力控制等场合。0