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导线上的“钢铁侠”来了

 核心提示 人工智能已逐渐应用到多个行业,赋能美好生活。在电力领域,人工智能已在电网运维、电网调度、智能客服等环节应用。国网天津市电力公司研发团队耗时5年,在人工智能配网带电作业机器人技术创新方面不断探索,于近日完成了双臂自主、单臂人机协同、单臂辅助自主人工智能配网带电作业机器人系列产品的研发。此产品已全面投入配网运行工作,有效防范作业中的人身安全风险,提升作业质量,保障电网安全稳定运行。
 
  5年前,面对如何借助人工智能技术让配网带电作业更加安全高效的科技难题,人工智能配网带电作业机器人研发团队在天津滨海供电公司运维检修部配电抢修班班长张黎明的带领下开展集中攻关。5年后的现在,人工智能配网带电作业机器人已成功升级到第四代并形成系列化产品,实现了产业化推广,助力配网带电检修作业的智能化实施。
 
  国网天津电力落实习近平总书记来津考察调研重要指示精神,全面落实国家电网公司党组“四个新突破”要求,不断加快人工智能配网带电作业机器人的研发和升级,推动自主创新能力提升,助力建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业。如今,配网带电作业机器人系列产品已在公司经营区15个省(自治区、直辖市)的带电作业现场应用,降低了传统的人工带电搭火作业的艰苦性和危险性。
 
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  找准方向,配网带电作业机器人从图纸变成现实
 
  2016年夏天,在一次巡线中,看到带电班的师傅们身穿厚重的绝缘服、戴着笨重的绝缘手套完成作业后全身汗湿的样子,张黎明开始思考怎样减轻一线作业人员的负担。
 
  在研究了现在广泛应用的各类带电作业操作法后,张黎明和团队成员发现,如果能将人工智能和带电作业结合起来,由机器人代替传统人工在配电网上做“微创手术”,既可以减少工作人员高空作业,避免高压触电,又能提升供电可靠性。“怎么做能减轻搭火作业人员的工作量,降低危险系数,提升供电可靠性,咱们的机器人就怎么设计。”经过一番头脑风暴后,张黎明开始带领团队成员探索利用人工智能代替传统人工开展电网作业。
 
  团队花了大半年时间查资料、到厂家参观学习和开展实验研究,让配网带电作业机器人慢慢有了雏形,初步确定机器人由无线控制系统、智能路径规划系统、机械臂、剥皮工具、搭接工具五大部分组成,并采用单臂结构机器人的设计方案。张黎明对团队里的年轻人说:“机器人的主要作业是搭火,研发若有失误,与实操相距甚远,导致电源线搭伙失败,那后果不堪设想。我们必须精益求精,严抠每一个技术细节。”
 
  张黎明带领团队对创新研发的配网带电作业机器人进行了科学定位和反复演练。机器人研发到了最关键的技术攻关阶段,却遇到了切割难题。研发团队决定改变现有的刀具排列方式,经多次试验,最终将三角排列改为水平排列。
 
  2017年6月20日,在切剥导线绝缘皮实验阶段,在场所有人都屏住了呼吸。只见机器人将导线抓住后,剥线工具搭住10千伏150型线缆、内侧刀锋切割,10厘米长的绝缘皮随即剥落,银色绞线裸露而出。整个实验室沸腾了,第一代配网带电作业机器人就这样从图纸变成了现实,团队成员兴奋地给它起了个外号——导线上的“钢铁侠”。2017年9月,人工智能配网带电作业机器人在室内理想环境下完成了作业基本动作,并一举获得公司第四届青年创新创意大赛金奖。
 
  “我看过‘钢铁侠’多次演练,比我们的技术有过之而无不及。”滨海供电公司带电作业班带电作业工韩立超说,作为一名有着近4年带电作业经验的一线员工,他认为这种机器人做得很专业。
 
  然而,第一代带电作业机器人依然存在电磁兼容及绝缘弱、智能程度低、以及不能完全实现自主作业这些问题。经过数月的头脑风暴,研发团队决定采用激光雷达、双目等精度更高的多维传感器,结合人工智能算法,实现机器人全自主作业。带电作业机器人的升级换代正式开启。失败了,爬起来,再失败了,重新再来……团队一步步往前走。
 
  2018年11月,当引流线成功穿入加装导口的安装工具并完成首次穿刺方式接引线作业时,整个实验室再次沸腾了——配网带电作业机器人二代完全实现了自主带电作业。
 
  实战考验,配网带电作业向全智能化“一键操作”转变
 
  当前,我国正探索建立以企业为主体、市场为导向、产学研深度融合的技术创新体系。人工智能配网带电作业机器人是电网企业加强与高校、科研机构合作,践行产学研深度融合的一项具体实践。
 
  “室内作业成功,并不代表室外就一定没问题。就目前来看,咱们距机器人真正的现场实用化还差得远呢!”张黎明与团队成员继续加快创新的脚步。
 
  2019年4月初,研发团队开始进行机器人室外测试。他们没想到的是,经测试发现,穿刺方式接线会出现载流量较小、线夹发热等问题,另外,阳光强烈也会导致机器人出现识别不准等情况。针对这些问题,研发团队集中全力开发自动剥线装置。大到整体结构设计,小到刀具的选型测试,他们逐项研究,终于在5月底开发出首个自动剥线装置,并为视觉传感器制作了一个双层遮阳罩和一个单层遮阳板。
 
  2019年6月18日,在第三代人工智能配网带电作业机器人的接引线作业测试中,测试机器人线夹接线及视觉识别效果良好,接引线成功率达90%以上。“我们采用激光雷达、双目等精度更高的多维传感器,结合人工智能算法,实现了机器人剥线方式下全自主作业,已经可以在实践中应用了。”张黎明在测试成功后说。
 
  2019年8月23日,在滨海新区一条为全国第十届残运会暨第七届特奥会道路提供景观灯照明的供电线路上,一台以人工智能技术为核心的全自主配网带电作业机器人正式“上岗”。它实现了带电作业由传统的人工操作方式向全智能化“一键操作”的转变。
 
  全自主配网带电作业机器人完成首次作业后,研发团队进行了盘点总结:“我们的机器人目前是1.6米×0.83米,重240多千克,着实是个大块头。在之前的实际场景测试时我们已经发现,机器人的控制柜和电源箱存在侵犯与带电体安全距离的风险。虽然我们喷涂了绝缘漆保证绝缘距离,但隐患还是存在。我们还要聚焦问题,攻关如何将机器人小型化、轻量化,如何优化布局,杜绝这些隐患。”
 
  精益求精,更小型、灵活的新一代机器人“上岗”
 
  今年,张黎明提出“借助绝缘固定支架实现单臂机器人自主作业”的技术思路。针对上代产品存在的重量体积大、接口不一、线种繁多等问题,研发团队开始研发第四代人工智能配网带电作业机器人。
 
  绝缘固定支架相当于机器人实操的辅助,它的准确性对于单臂自主机器人实现自主作业至关重要。对支架重量、材质、伸缩长度、灵活性、易安装性等方面的严苛要求给研发团队带来了不少难题。“重新加工样品,材质过重重新换,伸缩度不够,数据重新测量……”研发团队认真吸纳专家的各种意见,不断技术升级‘打补丁’,反复修改、测试,历经120小时终于研制成功新型支架,并正式配合机器人开展自主作业调试。
 
  为了让单臂带电作业机器人变得更智能、更灵活,进一步扩大它的使用范围,研发团队持续攻关,成功运用三维环境重建、视觉识别、运动控制等核心技术,研发出适用于单臂带电作业机器人的末端执行工具,实现机器人自主识别引线位置、抓取引线,完成剥线、穿线和搭火等。
 
  6月29日,在滨海新区的一条试验线路上,单臂辅助自主配网带电作业机器人成功实施了一系列操作,精准完成接引线作业。
 
  “第四代人工智能配网带电作业机器人采用模块化设计,相比上一代体积缩小了三分之二,重量减轻了三分之一,能充分满足复杂地形和狭小空间带电作业需求,进一步扩大了使用范围。”张黎明介绍。与上一代机器人相比,第四代机器人工作效率提升了30%,能更有效地减轻人工劳动强度,提升作业质量,防范作业中的人身安全风险。
 
  目前,双臂自主、单臂人机协同、单臂辅助自主3种人工智能配网带电作业机器人已在天津市区、郊外、山区等多种环境下成功完成操作80余次,并在北京、上海、江苏、浙江等15个省(自治区、直辖市)的电网作业现场应用。位于天津的机器人产业化基地已具备200台年产能力,实现了配网带电作业机器人研发、制造、销售、服务全产业链条贯通。
 
  当前,天津正在探索建设能源革命先锋城市。为了给这座智慧城市注入更多动能,国网天津电力将按照“研发一批、试点一批、推广一批、储备一批”的思路,进一步加大人工智能配网带电作业机器人研发、推广、产业化的工作力度,持续深化人工智能技术在能源领域的创新应用。本报记者 赵婷婷  国家电网报

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