基于移动机载平台的输电线绝缘子激光 除冰机构设计

为了解决冬季严寒时期对输电线路及其金具的除冰作业任务,综合分析现有的除冰技术,本文提出一 种基于激光技术的新型输电线路除冰方法,设计了能够在地面行走并搭载激光除冰器的激光除冰装备的基本构 型和虚拟样机模型,通过合理的作业运动规划,利用激光头的旋转和俯仰运动对输电覆冰处定点激光照射使覆 冰脱落,和常规除冰作业方式相比,该除冰装备移动平台采用四轮行走模式能够灵活移动,同时激光可以实现 无接触式的除冰作业,再配合激光头的多自由度运动对覆冰处实现无盲区除冰,其作业效率和作业可靠性得到 一定保证,该研究对于输电线路智能运维管理具有重要理论意义和实际应用价值。     

基于模糊PID算法的输电线路除冰机器人智能控制系统设计

输电线路覆冰会引起断线、跳闸以及电网通信中断等事故。人工除冰的作业劳动强度大、效率低，且危险度较高，除冰机器人的应用越来越广泛。为有效提升除冰机器人控制误差，优化机器人越障能力，应用模糊PID算法设计新的输电线路除冰机器人智能控制系统。系统硬件由数据采集模块和控制模块组成，采集模块选用型号为BD73-DAQ970A的数据采集器，利用数据扫描得到相关信息，控制模块选用型号为RW-C901-00-08-HL-T的PID控制器。利用模糊PID算法计算越障参数和规则参数，通过选取偏差参数调节安全系数，根据控制参数结合控制系统软件，调节机器人的控制指令参数，将控制参数全部转移至调节空间中执行集中控制操作，实现对除冰机器人的智能控制。实验结果表明，将模糊PID算法应用在输电线路除冰机器人智能控制上可以更好地实现越障。与传统控制方法相比，所设计系统的控制误差更低，除冰效果较为理想。     

输电线路带电更换绝缘子串机器人的研制

输电线路带电更换绝缘子串危险性大、事故率高。为便于带电更换,该文对等电位作业人员动作分解和模拟,设计可以取代等电位作业人员自主完成输电线路上绝缘子串更换作业的机器人。机器人包括非越障平台、控制平台和地面基地,其中非越障平台主要由机体、机械臂、机械手及执行末端等机构构成,控制平台由运动控制、通信、图像采集和电源管理系统组成,地面基站系统包含无线网卡和3G上网卡的PC机。地面基地通过无线网络对非越障平台和控制平台遥控。研制的机器人操作方便、灵活,通过了工频耐压试验、模拟线路作业试验及现场带电线路作业试验,满足110~220kV输电线路上绝缘子串更换作业的需求,减轻了作业人员的劳动强度,提高了带电作业的安全系数。     

输电线除冰机器人机械结构设计与运动特性分析

针对四分裂输电线路除冰作业任务,提出了一种能够适应多分裂输电线路行走和作业的四轮移动机器人机构构型及其末端工具,通过拉格朗日法推导并建立机械臂的动力学模型,基于该动力学模型在ADAMS中对机器人的动力学特性进行仿真研究,结果表明,本文所提出的机器人机构能够完成四分裂除冰作业,同时机器人各关节的运动满足作业过程中驱动力矩的要求,避免了机器人关节力矩驱动力不足和驱动力过大等造成的机器人系统作业故障和作业失败的发生,最后,通过实验验证了本文所提出机械构型和动力学模型的工程实用性。通过本文的研究,对于输电线路移动机器人机械结构参数优化和电气控制参数优化具有双重重要的理论意义和实际应用价值。     

高压输电线路模块可重构移动作业机器人的设计及实现

在智能巡检机器人技术基础上,通过对作业环境的综合分析,针对高压输电线路的金具安装与拆卸、破损导线修补、导/地线除冰和线路巡检等检修维护作业任务,提出了面向多作业任务的模块可重构移动作业机器人的机构构型,通过对构型的分析与综合,对移动作业机器人进行了单元模块的划分并提出了可重构的解决方案.其中,单元模块包括移动机器人载体平台单元、作业机械臂单元、末端执行器单元及其连接单元等类型,面向不同作业任务的机器人均由这4类模块构成.设计了各单元模块,按照前述可重构方案给出了各面向具体作业任务的移动作业机器人虚拟样机及其运动规划仿真.研制了单元模块,分别给出了面向线路巡检和面向线路除冰作业的移动作业机器人应用例,模块划分以及重构方案正确可行.     

基于TCP的多线程Socket通信实例

通信软件是机器人控制系统的重要组成部分,其实时性、准确性和效率至关重要。利用多线程技术,设计了基于TCP的套接字通信系统,并应用于实际机器手控制系统中,完成上位机与机器人控制器间的通信,实现了用户对机器人控制系统的监测与控制。系统功能完善、界面友好,并且稳定性和实时性都比较令人满意。     

电力绝缘子智能除污机器人机械系统设计 与轨迹规划研究

摘 要：特高压支柱绝缘子是换流站中的重要设备,长期恶劣的服役环境使得绝缘子盘面大量积污,严重影响 绝缘子的电气绝缘性能,因此定期对特高压支柱绝缘子的清洗作业是电力系统的一项常规作业仸务,针对支柱 绝缘子人工清洗作业效率低、劳动强度大及对于较高的绝缘子人工无法到达作业空间等问题,本文开发了一种 特高压支柱绝缘子除污机器人。首先根据作业仸务分析,设计了机器人的虚拟样机模型及其成套末端清洗机构, 利用 D-H 坐标法建立了机器人的机械臂的运动学模型,基于该模型在 MATLAB 软件中对末端可达作业空间进行 了仿真实验,得到末端空间的运动轨迹图,从而优化机械臂的结构参数。最后,通过系统集成设计开发了特高 压支柱绝缘子除污机器人物理样机系统,并进行了现场作业试验,通过现场试验验证了机器人机械结构和末端 设计的合理性与工程实用性。本文相关内容的研究对于推动配网智能运维管理具有较强的理论意义与实际应用 价值。     

面向配电系统的带电抢修作业机器人

面向电力行业应急救援和安全抢修作业装备发展的需求,设计了一种配电系统带电抢修作业机器人,并对其机械结构与控制系统进行了介绍。提出一种基于液压伺服驱动的6自由度机械臂的系统解决方案,通过运动学、动力学和有限元分析优化了部件结构和动力学性能,使其有效负载能力达到最大。针对作业过程中机器人本体与导线发生碰撞等引起的震荡问题,使用非对称控制方法,建立了机械臂的柔顺控制模型,降低了震荡的影响。将整体单目视觉的静态测量与双目手眼视觉系统的动态测量相结合,设计了复杂环境下目标点的高精度动态定位系统,实现了机械臂的局部自主路径规划与运动控制。通过实验验证了所开发的带电抢修作业机器人在10 kV以下配电线路应用的有效性和可行性。     

基于模糊自适应和优化阻抗的双机器人力/位主从协同控制方法

多机器人协同作业广泛用于多机协同搬运、冲压、焊接等领域,具有更高的精度、更灵活的工况执行能力。协同系统的插补算法与力/位控制性能共同决定了协同作业的轨迹平滑性和稳定性,也直接影响着系统的承载性能与作业质量。本文主要针对双机器人协同搬运过程中的力/位控制技术,展开了深入研究。首先,分析了双机器人协同搬运工况的夹持特征和受力状态,建立了协同搬运系统的理想数学模型。接着,依据主从机器人二阶阻尼系统的数学模型,采用双机器人主从协同控制模式,分别设计力/位控制策略。提出主机器人采用基于理想位置的优化模糊自整定位置控制,从机器人采用基于主机器人位置偏差的优化细菌觅食算法的阻尼控制,并进行了控制模块的设计工作。然后,在MATLAB中编译了细菌觅食算法主体及其代价函数,在Simulink中搭建控制系统。最后,对整个控制器模块进行了联合仿真。仿真结果如下：主机器人的最大位置误差缩小到1.53mm,从机器人的最大力误差缩小到0.038N。从机器人追踪主机器人的位置误差控制在0.18mm内,且从机器人可在0.2s内快速修正主从速度偏差。仿真结果表明：相比常规PD控制,本文所述控制方法可减少约40%的最大追踪误差,且有效消除了力追踪过程中的过零振荡现象,提高了系统的实时追踪动态性能。     

四自由度SCARA机器人控制系统研究

传统的机器人大多采用封闭的体系结构,其缺点是不能适应不同的应用场合,不便于不同软硬件平台移植。基于此,提出一种以Otostudio软件和计算机可编程自动化控制器(CPAC)作为软硬件研究平台的方案,并在该平台上开发SCARA机器人的控制系统,设计开发了一款具有良好开放性、移植性和拓展性的机器人控制系统。本系统利用Otostudio软件编写SCARA控制系统界面及底层运动模块,实现机器人的示教-再现控制,同时使用MATLAB对SCARA机器人的轨迹规划进行了仿真,验证参数设计的合理性。通过示教再现测试,其误差较小,满足控制要求。     

特高压换流站立式绝缘子清洗机器人机械手 视觉伺服定位控制

为保障电力系统特高压换流站的稳定运行,进一步提高绝缘子清洗机器人的智能性,本文提出一种立式绝缘子视觉识别方法,通过绝缘子轮廓图像的椭圆几何特性,建立了它的一般数学方程,基于最小二乘法,并根据椭圆轮廓上的测量点确定绝缘子盘面椭圆,从而实现立式绝缘子的精准识别,基于此识别结果,对立式绝缘子清扫机器人实施视觉伺服定位控制,引导位于机械手上的两组喷嘴对特高压换流站立式绝缘子进行精准定位与清洗作业控制。最后,通过开发的特高压立式绝缘子清洗机器人物理样机进行现场作业试验验证了该方法的有效性与工程实用性,相比其它方法,该方法具有通用性好、适应性强、便于物理实现,具有较强的推广和应用价值。     

输电线路悬垂绝缘子清扫机器人行为规划

为了提高悬垂绝缘子清扫机器人局部自主能力,提出了一种基于层次结构和有限状态机的行为规划方法。根据机器人的结构特点、环境特点和清扫作业特点,将机器人的行为分为基本行为和组合行为,给出了描述这些行为的方法,并利用有限状态机管理组合行为中的行为序列。引入了异常处理机制,以保证机器人的可靠运行。仿真和实验验证了行为规划方法的正确性和有效性,该方法可用于绝缘子清扫机器人的清扫作业行为规划。     

蛙跳式充电的无人机自主巡线技术与系统(二):基于机器视觉的自动充电控制

近年来多旋翼无人机在中国电力系统中得到了快速的推广和运用,越来越多的电力公司尝试利用无人机进行输电线路巡检.然而无人机在搭载巡检设备后,其续航时间仅为20 min,续航能力十分有限,巡检时无人机中途降落充电的定位问题也一直存在.因此,该文提出一种基于机器视觉的自动充电控制技术,搭建基于蛙跳式的无人机自主充电系统.系统由无人机平台、自动充电平台和地面控制系统三部分构成,依托智能控制技术和飞控系统,运用机器视觉、图像识别等技术实现无人机的高精度定位和智能精准降落,并结合无人机预设的卡位与地面充电平台充电接口的有效对接,完成无人机动力电池的自动可靠充电,进而实现巡线无人机的自动起降和充电功能.试验结果表明,该蛙跳式自主充电系统有效提高了无人机的续航能力,解决了无人机充电过程中高精度定位等系列技术难题.     

四足仿生机器人的分层实时控制系统

针对山东大学机器人研究中心自主研发的液压驱动四足仿生机器人对控制系统的实时性和稳定性要求,设计实现了具有3层结构的分层式控制系统,包括环境感知层、控制执行层和远程控制层,给出了控制系统总体设计方案。利用基于Socket的网络通信技术及基于管道和线程的进程间通信技术,完成了系统中实时数据通信;采用命名管道技术实现了传感器驱动模块挂载,利用MySql数据库技术实现了系统运行过程中的数据备份。通过挂载激光扫描仪数据采集子进程和Trot步态控制任务实验表明,该分层式控制系统的通信实时性良好。     

配电网带电作业机器人机构配置与协调控制方法分析

针对配电网高压作业效率低的缺点,研究应用于作业过程中的机器人机构配置以及协调控制方法。机器人包括电源系统、障碍跨越机构、自救传感器系统以及自锁轮式爬升机构等,利用模糊PID控制器实现带电作业机器人的协调控制,模糊PID控制器将误差以及误差变化率作为输出,利用模糊控制规则实时调整PID参数,通过不同运行时刻的控制参数自整定提升控制效果,完成配电网带电作业机器人机构配置与协调控制方法。实验结果表明,输出信号在100ms内稳定至固定区间,机器人成功完成绝缘子串更换等高压作业,超调小,响应速度快。     

激光技术在电力工程中的应用

由于激光具有单色性好、相干度高、方向性强、远距离传输效率高等优点,在电力工程领域有广泛的应用.介绍了激光技术在盘煤、检漏、测尘、输电线路优选等方面的应用,并对激光在线路除冰、密封零件表面修复、电力无线传输等方面的应用前景进行了分析和展望.     

管道焊接机器人交互控制系统的设计与实现

针对管道焊接机器人设计了一个双处理器的参数调节、实时控制功能的交互式控制系统.其中包括以PIC为控制核心,由中文液晶显示模块、覆膜键盘和专家系统等组成的遥控盒系统;以DSP为核心,控制焊接机器人各电机、电焊机的控制箱系统.给出了系统的硬件构成和软件设计方案,讨论了实现过程中的关键技术.实际试用表明此系统具有焊接精度高、操作便利、人机交互界面友好的特点.     

激光切割机的运动轨迹控制系统设计研究

基于我国激光切割机落后的现状,针对我国引进的国外通用控制器的不开放性,难以把图形编程软件集成到控制系统里面的问题,选择了可编程序控制器、触摸屏、运动控制单元等部件建立了激光切割机的运动轨迹控制系统,并且在本系统中实现了手动/自动功能和轨迹控制功能.用PLC来控制各部分的调控工作,提高激光切割的可靠性和稳定性;使用触摸屏作为人机控制界面,更加人性化;使用运动控制单元,使系统的加工精度和加工质量都得到提高.     

基于CANNY算子的输电线路移动作业机器人视觉定位控制

设计一种双臂、双机械手的输电线路引流板螺栓紧固带电作业机器人,针对在螺栓拧紧作业过程中机器人机械手作业末端与螺栓头、螺母难以自动对准对接的问题,基于双作业末端输出的四路视频图像信息提出一种基于改进Canny算子图像边缘检测的机器人作业末端与螺栓螺母的对准定位控制方法,给出了Canny算子的改进方法和改进Canny算子图像边缘检测的流程。对常规Canny算子及其改进在套筒边缘检测及中心点的提取效果进行了比较分析,验证了改进算法的有效性,最后在实际线路上进行带电作业试验,试验结果表明本文所提出的改进Canny算子图像边缘检测机器人作业末端与螺栓螺母的对准定位控制具有较强的工程实用性,较常规算法而言进一步提高了作业效率。     

具有防爆保护功能的激光雷管编码系统设计与实现

介绍了具有防爆保护功能的激光雷管编码系统的组成及各部分的主要功能,给出了雷管编码系统和防爆保护系统的设计和实现方法.具体阐述了激光电源、Q开关驱动器、冷却系统、二极管泵浦激光器、控制系统的设计和扫描系统误动作、激光功率过大、同一个雷管上的激光停留时间过长和计算机死机等4种保护功能的实现方法.