输电线巡检机器人行走动力特性与位姿分析

根据跨越超高压输电线路障碍物的类型,提出一种新的双臂自主越障巡检机器人机构。该机器人采用复合轮爪机构在架空地线上连续行走并跨越障碍。由于架空地线呈悬链线状,机器人在连续行走过程中会出现上坡和下坡,对行走动力特性的影响非常明显。在上坡时行走电动机提供驱动力矩,在下坡时行走电动机提供制动力矩,以保持匀速巡线。详细分析了机器人在架空地线上行走时所处的加速、匀速、减速和停止的各个状态,驱动机器人所需的驱动力矩以及它们与机构参数之间的关系,并应用优化方法给出各个状态电动机驱动力矩最小时,机器人机构参数对应的最优解,为巡检机器人的设计和控制系统方案的确定提供了理论依据。     

输电线巡检机器人障碍物定位与识别

针对巡检机器人运行中对线路障碍物的自主定位与识别,分析了巡检机器人自主运行中对障碍物信息感知的精度和实时性要求,提出了一种用于线路障碍物定位与识别的多传感器集成结构,并介绍了各个阶段的障碍物定位与识别算法。实验表明该方法可以实现机器人稳定自主行驶、可靠定位与识别障碍物,满足各阶段机器人对障碍物信息感知的精度和实时性要求,从而为机器人制定自主越障策略提供信息。     

双机械臂反对称结构线路巡检机器人设计研究

线路巡检机器人用于在架空线路上行走检测线路的缺陷情况,遇到障碍物时要实现自主越障,机器人靠双臂悬挂于架空线路,因此机器人自身的重量不可忽视。采用双机械臂反对称结构,在保证越障时机器人稳定性的前提下,提出一种新型的夹持行走机构,简化机械臂的结构,实现机器人轻量化设计。结合新型夹持行走机构论述越障过程,实现机器人在线路上行走与越障的功能。     

输电线巡检机器人越障机理与试验

分析超高压输电线路架空地线上的障碍物类型以及跨越这些障碍的过程.可以发现,巡检机器人采用双臂交替跨越障碍,越障过程简单.但是由于受巡检机器人自身重力偏矩的影响和手臂长度尺寸的限制,当单臂悬架在架空地线上时,导致巡检机器人本体倾斜,另一手臂完成脱线和上线任务变得十分困难,有时甚至造成越障失败.为了解决上述问题,提出质量调节的控制方法.该方法通过调节巡检机器人的质心,使巡检机器人的本体保持水平状态.为了验证质量调节控制方法的正确性,采用Lagrange方法建立巡检机器人动力学模型,通过仿真试验、实验室模拟实际架空地线试验以及超高压实际现场试验说明了提出方法的可行性.     

巡检机器人穿越的OPGW线路结构设计与分析

针对现有OPGW线路存在的悬垂、耐张等阻碍了巡检机器人行驶的问题,提出了一种将OPGW线路改造成可供巡检机器人行走的线路的设计。分析了自主巡检机器人的本体结构及现有OPGW地线的道路结构,研究了悬垂过桥与耐张过桥的理论轨迹,设计了组合悬垂过桥与耐张过桥的关键零部件。并对改进后的悬垂线夹的OPGW线夹挂板进行了静力学建模分析与模态分析,并在此基础上对OPGW线夹挂板做了拓扑优化。并通过现场试验,证明了改造的合理性、可行性与实用性。     

煤矿井下巡检机器人自主控制系统的研究

针对煤矿巡检机器人采用有线控制的方式导致其线缆经常被井下设备缠绕的情况,提出了一种新的煤矿井下巡检机器人自主控制系统,利用无线传输方案替代了有线控制。实际应用表明,该无线控制系统提升了巡检机器人的智能化程度,能自动对井下障碍物进行规避,极大提升了井下巡查效率。     

输电线路巡检机器人越障仿真分析

根据输电线路线路环境的约束条件和巡检任务的要求,提出了一种新型输电线检测与维护机器人机构。首先进行了机器人的构型综合,得到机器人的两种越障模式,运用两种越障模式规划了机器人跨越典型障碍物的运动序列。机器人通过仿生猿猴手臂跨越障碍物,质心调节机构保障了机器人越障过程中的稳定性。仿真分析了不同工况下机器人跨越引流线的过程并进行了相关的实验,仿真与实验结果表明机器人能够完成引流线的跨越,合理的引流线越障规划降低了引流线的变形,提高了机器人的越障效率。     

基于单目机器视觉的高压输电线路障碍物定位研究

高压输电线巡线机器人运行线路上的障碍物识别定位,是实现巡线机器人自主导航的关键技术之一。针对110k V高压输电线路地线结构的特点,提出了基于单目机器视觉的高压输电线路障碍物定位研究方法。通过在巡检机器人本体上安装单目摄像机,利用单目摄像机采集前方线路图像,对图像中的障碍物进行识别,利用识别出来的障碍物位置中心与摄像机的位置关系建立测距几何模型,来对巡线机器人前方障碍物进行定位。该方法可以较精确地对巡线机器人前方约(1-2)m内的障碍物进行定位并测距,且误差小、识别率高、响应快。最后,通过实验验证该方法有较高的可行性和有效性,能够极大提高巡线机器人自主导航能力。     

磁悬浮巡检机器人越障结构设计及仿真

针对目前设计的架空高压巡检机器人越障步骤多,跨越障碍运行不稳定问题,提出一种基于磁悬浮运行方式的机械机构,该机构越障步骤少,越障过程平稳,可跨越间隔棒、防震锤和直线夹等障碍。该开合机构利用丝杆螺母实现机器人主体的张合运动,从而实现越障。对该机构进行运动学分析,验证了此设计的理论可行性;建立了巡检机器人的三维模型及障碍物模型,运用Solidworks Motion插件对巡检机器人越障进行仿真分析,并对越障机构的机械结构进行优化,通过对越障机构末端执行件弯连杆的速度与加速度曲线图分析,显示该越障机构可以较好地越过障碍。     

基于图像处理的室内巡检机器人坐标提取方法研究

为获取室内安全走道中的障碍物信息，以引导巡检机器人进行自主作业，提出一种基于分布式远程通信与二维坐标提取的地图更新方法。控制ROS(Robot Operating System)机器人基于Gmapping算法创建全局先验地图，用于巡检机器人的轨迹规划；若检测到新增障碍物，通过图像处理方法获取障碍物位置坐标，并将其作为标记点，引导机器人进行局部建图，从而实现对原始地图的更新。试验结果表明，该方法具有一定的可行性。     

基于激光 SLAM 技术的电力巡检机器人交互控制

提出基于激光 SLAM 技术的电力巡检机器人交互控制方法,利用激光 SLAM 技术在地图模型、运动学模型、里程计观测模型以及多传感器观测模型的基础上绘制机器人的巡检地图,通过 Dijkstra 算法根据巡检地图获得最短巡检路径,并采用 DWA 滑动窗口法对选取的巡检路径进行评分,选择评分最高的路径作为机器人的巡检路径,完成电力巡检机器人的交互控制。实验结果表明,所提方法的避障效果好、路径规划效果好、控制精度高。     

基于视觉伺服的巡检机器人返航路径确定方法

针对目前方法对机器人返航路径进行确定时,由于未能对巡检机器人的参数进行整定,导致该方法选定的路径存在迭代次数高、与实际轨迹误差大、避障效果差以及搜索路径长度短的问题,提出基于视觉伺服的巡检机器人返航路径确定方法。该方法首先利用视觉伺服控制方法对巡检机器人的速度进行控制,采集速度数据并规整成小组对其进行离散化处理;再依据处理结果构建非线性函数,对巡检机器人的机械参数进行参数整定处理;最后以整定后的参数为基础,对巡检机器人的全局路径和局部路径进行规划处理,从而实现巡检机器人返航的路径确定。实验结果表明,运用该方法选定的路径迭代次数少、与实际轨迹误差小、避障效果好以及搜索的路径长度短。     

变电站轮式巡检机器人机械臂避障路径规划方法

变电站工作环境特殊且复杂,为保证巡检机器人在执行巡检任务的同时,能更好、更安全地进行作业,提出面向轮式巡检机器人的机械臂避障路径规划方法。利用八叉树结构建模技术,架构巡检机器人工作环境的三维模型与环境更新模型。确定机械臂与环境关系,建立机械臂运动学模型,根据末端执行器位姿的已知与未知情况,完成运动学模型的正解与反解计算。基于关节位姿的三维坐标,设定机械臂连杆不碰撞障碍物为必要条件,依据六次多项函数式解得的关节角速度与角加速度连续轨迹,通过更改非固定参数值,调整机械臂的移动轨迹,最后,利用贝塞尔曲线平滑处理路径。仿真试验结果表明,所提方法路径精度更优越,避障效果更理想,符合变电站巡检的实时性需求。     

基于时间栅格法和最优搜索的电网巡检机器人避障路径规划方法

针对电网巡检机器人存在避障能力低下和路径规划不合理的问题,研究基于时间栅格法和最优搜索的电网巡检机器人避障路径规划方法.利用时间栅格法标识工作空间内障碍物,构建机器人电网巡检环境信息,通过最优搜索避障路径算法,全局规划机器人到达目标点的路径,结合改进势场法,通过调整斥力和引力势函数,计算合力实现机器人的局部避障及避障路径规划,形成全局和局部相结合的避障方法.试验结果表明,躲避静态障碍物和动态障碍物的平均躲避成功率分别为 ９８．３７％ 和 ９６． １２％ ,避障路径规划平均耗时为 １.５６ s ,具备快速、高效、精准的避障及路径规划能力,可提升机器人的动静态障碍物避障能力和路径规划效率.     

基于改进蚁群算法的巡检机器人避障路径规划方法设计

针对机器人进行避障路径规划时存在收敛速度差、规划路径长、迭代次数多以及规划时间长的问题,提出基于改进蚁群算法的巡检机器人避障路径规划方法。首先使用栅格法划分巡检机器人工作环境,通过对像素矩阵等指标的分析,构建栅格地图模型;基于人工势场法提出蚁群路径规划算法,使蚁群适应子空间的搜索;最后在模型中利用该算法,寻找该模型的最佳路径。实验结果表明,运用该方法进行路径规划时,收敛速度高、规划路径短、迭代次数少以及规划时间短。     

Operation and Force Analysis of the Guide Wire in a Minimally Invasive Vascular Interventional Surgery Robot System

To develop a robot system for minimally invasive surgery is significant,however the existing minimally invasive surgery robots are not applicable in practical operations,due to their limited functioning and weaker perception.A novel wire feeder is proposed for minimally invasive vascular interventional surgery.It is used for assisting surgeons in delivering a guide wire,balloon and stenting into a specific lesion location.By contrasting those existing wire feeders,the motion methods for delivering and rotating the guide wire in blood vessel are described,and their mechanical realization is presented.A new resistant force detecting method is given in details.The change of the resistance force can help the operator feel the block or embolism existing in front of the guide wire.The driving torque for rotating the guide wire is developed at different positions.Using the CT reconstruction image and extracted vessel paths,the path equation of the blood vessel is obtained.Combining the shapes of the guide wire outside the blood vessel,the whole bending equation of the guide wire is obtained.That is a risk criterion in the delivering process.This process can make operations safer and man-machine interaction more reliable.A novel surgery robot for feeding guide wire is designed,and a risk criterion for the system is given.     

气动步进蠕动式水闸钢丝绳攀爬机器人研制

针对现有水闸钢丝人工养护存在工作效率低、安全性能差等问题,提出了一种用于水闸钢丝绳清洗、检测和涂油等养护作业的气动步进蠕动式机器人。该机器人采用分体式结构,由上部装置和下部装置构成,每部分装置主体结构均由气缸构成。采用气动方式驱动气缸实现机器人夹紧、移动和导向功能。采用PLC控制实现机器人沿钢丝绳自主爬升、下降和悬停。通过改变气缸直径的大小和夹紧气缸的行程,实现机器人在不同直径钢丝绳上带不同负载攀爬作业。通过调节节流阀进出气大小和伸缩气缸行程,控制机器人的攀爬速度。样机测试结果表明,该钢丝绳攀爬机器人结构小巧、稳定性好、适应性强,为下一步研制水闸钢丝绳自动维护作业结构奠定了基础。     

动车组底部智能巡检机器人机械结构参数优化

采用当前方法优化动车组底部智能巡检机器人机械结构参数时,由于在构建参数优化函数过程中未考虑机械结构参数约束条件,使得最终优化效果差、优化后巡检机器人运动性能差,因此,提出新的动车组底部智能巡检机器人机械结构参数优化方法。根据动车组底部巡检机器人故障检测过程中,机械探测装置因电压正负极排斥产生的位移倾角,推导巡检机器人动力学方程,并将这一方程输出的巡检机器人机械结构参数矩阵与参数约束条件相结合,构建机械结构参数优化函数,利用量子进化算法求解该函数,根据函数输出结果实现巡检机器人机械结构参数优化。实验结果表明,所提方法优化效果好,优化后巡检机器人运动性能强,实际应用效果更好。     

承压管道外检测机器人行走机构设计

介绍了一种应用于外部具有螺旋型鳍片锅炉热交换器承压管道外的全方位检测机器人。文中提出一种新型的用于实现X-Y移动的复合车轮,基于滑轨式的环型导线避绕布置方式,少输出端口控制多电机的节能电机控制方式。该机器人设置了转动平台以实现X-Y方向运动的机构以及刚柔转换的检测机械手。这里对机器人行进中的稳定性及检测机械手的适应性进行了探讨。     

受路网和测量约束的变电站巡检机器人路径规划

采用机器人对变电站高压线路测温可以大大提高日常巡检任务的智能化水平,但是巡检过程中存在路网限制和频繁启停能量消耗大等问题,须考虑最优路径与最佳测温停靠地点的相互制约性。为了解决上述问题,基于图论对变电站环境进行建模,通过分析巡检机器人在路网中对目标点测温时相机的位姿约束,建立了以时间消耗最小为目标的路径规划模型。提出了一种基于改进蚁群算法的路径优化方法和基于贪婪思想聚类的巡检停靠点选取方法,通过蚁群算法迭代获得机器人的最优巡检路径、巡检停靠点序列以及各停靠点对应的测温点集。最后,采用仿真案例验证了算法的可行性和鲁棒性,基于巡检机器人的实验结果表明该路径规划模型可用于变电站巡检。