电力机器人设计与应用丛书——电力机器人与自动化装置

本书阐述了机器人技术在电力行业的广泛应用，旨在为电力工程领域的学习者和专业人士提供机器人设计制作知识和实践指导。全书共分为八章，第1～3 章选取了配电、发电、输电三种不同应用场景的电力机器人，对每个作品从设计思想、设计方案、零部件选取、加工制作、主要创新点等方面做了详细论述。第4 章总结了机器视觉在电力机器人开发过程中的关键技术研究。第5～8 章选取了四款电力装置，从研究背景、基础技术、工作原理、结构设计、控制系统到工作验证与评价，为读者构建了开发过程的整体架构和理论基础。
本书聚焦电力机器人与自动化装置的智能化技术，如智能感知、智能操作、人机交互以及人工智能识别等，全面覆盖了当前电力机器人领域的核心技术。本书可以作为电气工程、自动化及相关专业的教材，也可以作为电力行业从业者提升机器人设计实施技能、了解行业动态的重要参考资料。本书通过丰富的实例分析和前瞻性思考，致力于激发读者的创新精神，为推动电力机器人技术的持续进步贡献智慧。

谢庆，2007年7月就职于华北电力大学担任讲师，至2013年先后于华北电力大学、重庆大学完成博士后研究工作，2017年于美国宾夕法尼亚州立大学担任访问学者，2018年至今任职于华北电力大学承担教授及博士生导师工作。

目录
前言
1 配电装置电气试验机器人 1
1.1 项目目标 1
1.2 国内外研究概况 1
1.3 项目简介 4
1.4 工作原理 6
1.5 结构设计与加工 24
1.6 控制系统 30
1.7 工作验证与评价 44
1.8 创新点分析 45
2 发电机不抽转子检测机器人 47
2.1 项目目标 47
2.2 国内外研究概况 49
2.3 项目简介 52
2.4 工作原理 54
2.5 结构设计与加工 61
2.6 运动控制系统 66
2.7 工作验证与评价 70
2.8 创新点分析 74
3 输电线路巡线机器人 75
3.1 项目目标 75
3.2 国内外研究概况 75
3.3 项目简介 79
3.4 工作原理 80
3.5 结构设计 88
3.6 控制系统 91
3.7 工作验证与评价 92
3.8 创新点分析104
4 电力机器人机器视觉关键技术研究105
4.1 项目背景与目标105
4.2 国内外研究概况107
4.3 基于ArUco 码视觉定位技术方案 118
4.4 基于机器视觉的电力缺陷识别算法研究128
4.5 基于深度学习的电力作业安全监督技术研究133
5 继电保护自动测试装置154
5.1 项目目标154
5.2 国内外研究概况155
5.3 项目简介155
5.4 工作原理156
5.5 通信逻辑及结构设计加工169
5.6 控制系统175
5.7 工作验证与评价187
5.8 创新点分析192
6 高压断路器智能诊断装置194
6.1 项目目标194
6.2 国内外研究概况194
6.3 项目简介196
6.4 工作原理197
6.5 结构设计198
6.6 控制系统212
6.7 工作验证与评价248
6.8 创新点分析249
7 输电线路无人机智能巡检装置251
7.1 项目目标251
7.2 国内外研究现状251
7.3 工作原理 252
7.4 基于多旋翼无人机的输电线路精细化自主巡检关键技术 268
8 万用表智能化装置 277
8.1 项目目标 277
8.2 国内外研究概况 277
8.3 项目简介 278
8.4 工作原理 278
8.5 粗略检测系统 279
8.6 语音系统 286
8.7 工作验证与评价 288
8.8 创新点分析 290

前言机器人技术是集材料、机械、电子、传感器、计算机、控制等多学科交叉融合的前沿高新技术，是21 世纪高新技术制造业与现代服务业的重要组成部分之一，也是我国高科技产业发展的一次重大机遇。随着精益生产和大规模定制时代的到来，机器人将成为继个人计算机后的下一个热门的重要发展领域。今后，机器人技术不仅在提高规模化制造的质量和效率，保证生产安全，节约资源与绿色环保等方面发挥更大的作用，其应用范围也将变得更加广泛，必将在工业自动化、家庭服务、助老助残、康复治疗、公共安全、清洁环保、教育娱乐等许多领域发挥越来越重要的作用。随着智能技术突飞猛进的发展和教育理念的不断更新，作为综合了信息技术、电子工程、机械工程、控制理论、传感技术以及人工智能等前沿科技的机器人应用技术也在大学生工程实践和创新实践教学中扮演了重要的角色。为了培养学生的创新能力和进一步推动机器人应用技术的发展，近些年华北电力大学在创新实践教学中结合学校的人才培养特色，组织学生相继完成了配电装置电气试验机器人、高压输电线路地线修补机器人、发电机不抽转子气隙检测机器人、输电线路巡线机器人等电力机器人和电力自动化装置，在人才培养和技术应用方面都取得了很好的效果。一些作品参加了系列大学生机器人竞赛，获得优异成绩。本书把近几年在创新实践教学中组织学生亲手制作完成的部分机器人作品介绍给大家，并对每个作品从设计思想、设计方案、零部件选取、加工制作、主要创新点等方面做了详细阐述。希望本书可以为电气工程、自动化及相关专业的学生创新实践提供借鉴，也可以为机器人爱好者制作机器人提供一些帮助，同时也可供从事机电一体化及相关专业的工程技术人员参考。本书是作者近几年在机器人应用技术方面指导学生创新实践所取得的初步成果，还需不断发展完善。书中难免存在不足之处，我们殷切希望得到广大读者和同行们的批评指正，以便于进一步改进和完善我们的工作。编者2024 年4 月