為了解決目前人工鐵塔防腐作業(yè)效率低下且存在安全隱患的問(wèn)題，本文嘗試用工業(yè)機(jī)器人技術(shù)解決當(dāng)前落后的鐵塔防腐工藝問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)用先進(jìn)的機(jī)器人替代人工噴涂。讓我們一起來(lái)看看吧~
高壓電線鐵塔的防腐工作是確保安全供電的重要維護(hù)工程。潮濕、高溫、高鹽氣候極易對(duì)鐵塔造成腐蝕，目前防腐蝕主要采用熱鍍鋅方式，由人工刷漆完成，但防腐壽命僅為3年左右，維護(hù)頻繁且工程量大。鐵塔防腐作業(yè)又屬于高空帶電作業(yè)，施工人員登桿作業(yè)頻繁，作業(yè)條件惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，造成施工人員精神緊張，容易引發(fā)安全事故。
目前，我國(guó)線路鐵塔防腐主要由人工完成，施工過(guò)程中涂漆質(zhì)量（厚度、均勻度）取決于施工人員的技術(shù)好壞和素質(zhì)高低。從以往實(shí)踐看，維護(hù)質(zhì)量因人而異，很難達(dá)到令人滿意的效果。
機(jī)器人噴涂已有近40年的發(fā)展歷史，近年來(lái)噴漆機(jī)器人的性能得到了很大的提高，均具有靈活、工作空間廣、效率高、易維護(hù)等特點(diǎn)。
1 系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)主要由機(jī)器視覺(jué)模塊、噴涂機(jī)器人模塊、帶電作業(yè)車(chē)模塊這三大模塊構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)和示意圖分別如圖1和圖2所示。帶電作業(yè)車(chē)的任務(wù)是遠(yuǎn)距離奔赴作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，將機(jī)器人送至指定高度位置；機(jī)器視覺(jué)模塊的功能是識(shí)別鐵塔類(lèi)型并提供垂直水平坐標(biāo)幫助確定噴涂當(dāng)前位置；噴涂機(jī)器人采用六自由度機(jī)械臂，控制器的目的是規(guī)劃噴涂路徑，并據(jù)此完成噴涂任務(wù)。
圖1 噴涂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖2 噴涂系統(tǒng)示意圖
擬將噴涂系統(tǒng)安裝在絕緣斗臂車(chē)的載人絕緣斗上，由斗臂送至指定高度后開(kāi)啟定位系統(tǒng)，根據(jù)噴涂位置及鐵塔參數(shù)規(guī)劃噴涂軌跡，開(kāi)始噴涂；每噴涂完一單元，開(kāi)啟噴涂質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，若噴涂質(zhì)量符合要求，則將斗臂移至下一噴涂單元作業(yè)；否則重噴質(zhì)量不合格部位。
2 主要模塊簡(jiǎn)介（略）
2.1 鐵塔的矢量模型
將鐵塔從上至下依次完成噴涂動(dòng)作，噴涂的范圍分為若干單元，如圖3所示。將噴涂單元矢量化，其矢量圖如圖4所示。
圖3 噴涂單元
圖4 單元矢量圖
2.2 作業(yè)車(chē)控制子系統(tǒng)
絕緣斗臂車(chē)是帶電作業(yè)的基本裝備，常用的有履帶式斗臂車(chē)和輪式斗臂車(chē)兩種。作業(yè)車(chē)控制子系統(tǒng)是建立在經(jīng)過(guò)改造的斗臂車(chē)上。載機(jī)絕緣斗示意圖如圖5所示。絕緣斗設(shè)計(jì)圖如圖6所示。噴涂工藝示意圖如圖7所示。
作業(yè)車(chē)的主要任務(wù)是將斗臂送至指定高度，由角度傳感器獲取支桿角度，其控制示意圖如圖8所示。
圖5 載機(jī)絕緣斗示意圖
圖6 絕緣斗設(shè)計(jì)圖
圖7 噴涂工藝示意圖
圖8 支桿角度控制示意圖
2.3 機(jī)器臂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
在機(jī)器臂升至指定高度后，起動(dòng)工業(yè)相機(jī)對(duì)鐵塔掃描采樣，將采樣圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)的鐵塔圖像進(jìn)行對(duì)比，獲取鐵塔類(lèi)型及幾何參數(shù)，從而確定噴頭在空間上相對(duì)位置在各坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，如圖9所示。
1）機(jī)器視覺(jué)子系統(tǒng)
視覺(jué)子系統(tǒng)的功能：①適時(shí)提供噴頭空間位置坐標(biāo)；②對(duì)噴涂質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。
基于這兩項(xiàng)任務(wù)的工業(yè)相機(jī)，應(yīng)根據(jù)相機(jī)距離鐵塔的工作距離及鐵塔單側(cè)視野要求來(lái)選型。根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目要求，工作距離為900mm左右，更大的視場(chǎng)角（field of view, FOV）為1000mm，而傳感器的靶面尺寸約為8.8mm，要求的焦距約為8mm。M0824-MPW2工業(yè)鏡頭可以滿足要求。
圖9 噴頭位置示意圖及其坐標(biāo)的確定
2）噴涂運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)
從上至下按單元順序噴涂，為使能量最省，對(duì)每一單元噴涂軌跡應(yīng)使噴頭總的運(yùn)動(dòng)距離最短，從幾何上講，更佳路徑就是“一筆畫(huà)”問(wèn)題。其算法如圖12所示。
圖12 哈密頓更優(yōu)路徑搜索示意圖
單座鐵塔某面的噴涂軌跡如圖13所示。整個(gè)噴涂的工藝流程如圖14所示。
3 噴涂質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)（略）
以往的噴涂工藝標(biāo)準(zhǔn)要求分1至3層噴涂，隨著鐵塔噴涂材料質(zhì)量的提高，高固樹(shù)脂與顏料、填充料研磨后，加入助劑、有機(jī)溶劑按混合比例1:1:1調(diào)配，加壓至4～6MPa，噴涂工藝只需要1層噴涂，即可滿足噴涂質(zhì)量的要求。由于鐵塔噴涂的目的是防腐，所以對(duì)噴漆顏色沒(méi)有具體要求。
本系統(tǒng)采用圖像處理的方法來(lái)檢測(cè)噴涂質(zhì)量，其思想是，預(yù)先建立噴涂質(zhì)量為好、中、差3級(jí)的圖像，將在線采樣圖像與數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖像進(jìn)行比較，以此對(duì)比來(lái)判斷當(dāng)前噴涂質(zhì)量，對(duì)不合格的噴涂單元，檢測(cè)出噴涂不均勻的位置。
圖13 單座鐵塔某面的噴涂軌跡
圖14 整個(gè)噴涂的工藝流程
結(jié)論
高壓鐵塔自動(dòng)噴涂系統(tǒng)主要包括載機(jī)斗臂車(chē)、斗臂升降裝置、帶雙攝像頭噴涂機(jī)器人等部分。本文介紹了鐵塔模型矢量模型建立、噴涂質(zhì)量等級(jí)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)及各子系統(tǒng)應(yīng)具備的功能及完成功能實(shí)現(xiàn)的控制算法。基于現(xiàn)有噴涂工藝所設(shè)計(jì)的噴涂控制，較之人工噴涂效率大大提高，克服了噴涂質(zhì)量因人而異、工作人員免于處于有毒噴涂環(huán)境的缺點(diǎn)。
那么以上就是有關(guān)自動(dòng)噴涂設(shè)備實(shí)現(xiàn)安全高效的鐵塔防腐作業(yè)的介紹，希望可以幫助到大家~
