沿输电线路地线行驶巡检机器人定位方法

针对作者所在团队研制的沿输电线路地线行驶的巡检机器人,分别提出了基于倾角传感器、GPS和线路先验信息模型GIS的全局环境定位方法和基于行走轮编码器及其打滑识别、机器视觉、超声波测距传感器和霍尔接近传感器的局部环境定位方法,给出了机器人定位的相关模型或算法.经现场线路试验研究表明,该方法行之有效.     

沿架空地线行驶的自主巡检机器人及应用

介绍了一种沿架空地线行驶的输电线路自主巡检机器人系统,包括自主巡检机器人本体、地面基站、巡检后台管理系统,以及地线无阻挡道路结构等.开发的新型防震锤线夹、组合悬垂线夹和跨越耐张杆塔头柔性过桥等结构,使得机器人可以无阻挡地通过防震锤、直线杆塔和耐张杆塔等而无需跨越障碍物.着重介绍了自主巡检机器人的如下关键技术:移动机器人机构、自主移动导航、电源及其管理系统和机器人本体的系统集成,给出了自主巡检机器人的一个典型实例.通过不同环境的运行试验,表明提出的巡检机器人系统的正确性和实用性.     

改进的穿越越障巡检机器人设计及越障动作规划

沿地线巡检机器人因其视野开阔等优点,在高压输电线路巡检中得到了广泛的研究与应用,如何安全有效地越过地线金具障碍是其研究重点和难点。本文基于穿越越障方式对巡检机器人进行了改进设计,并针对此种越障方式,对地线线路上的防震锤、悬垂线夹及耐张杆塔等线路金具进行了结构改造,采用仿真软件对易出现应力集中的悬垂线夹结构进行了强度校核以保证机器人的安全运行。同时,针对本文的机器人结构设计特点和改造后的线路金具特点,对机器人的越障动作做出了合理的规划。在武汉大学机器人试验场搭建1:1的高压输电线路试验平台,对巡检机器人的越障性能和效率进行了测试,结果表明,该巡检机器人能够顺利穿越架空地线上改造后的防震锤、悬垂线夹和干字型耐张杆塔等障碍物,相较于以往的巡检,具有更高的效率和安全性,且可穿越以往机器人不能越过的干字型杆塔障碍。     

高压巡检机器人下坡节能控速方法

为了减少高压线路巡检机器人能量消耗并对下坡速度进行控制,提出了一种回馈制动与能耗制动相结合的无动力下坡控速方法。通过对下坡过程中机器人受力分析,设计了前轮回馈制动以及后轮能耗制动相结合的控速与能量回收方案。根据输电线路悬链线结构模型特征,提出了机器人无动力恒速下坡控制策略,依据对前后轮无动力恒速下坡特性分析,求解前轮直流电机能量回馈的转速范围,通过调节系统PWM波占空比实现对机器人后轮能耗控速。采用RBF神经网络控制方法对因传感器检测及线路工况等影响因素引起的控制系统PWM波占空比误差进行修正。通过在模拟高压线路和实际高压线路试验验证,结果表明该方法能够达到下坡控速和减少能耗的目的。     

计算机系统能耗估量模型研究

为了解决计算机能耗估量问题,本文分析了计算机各部件的参数对能耗变化的贡献程度和参数之间的相关度,选取最能代表系统能耗变化的可监测参数建立了CMP模型,CMP模型可根据计算机系统处理任务时的状态不同而选取不同的能耗变化主导元件,利用这些元件的监测参数对计算机系统能耗进行估量。本文在各种任务状态下进行了实验,结果证明,CMP模型在计算机能耗估量中要优于常用的FAN模型和Cubic模型,尤其是在计算机做数据密集型任务的时候。     

基于模型的巡线机器人无碰避障方法研究

结合课题组所设计的巡线机器人,利用线路环境结构化的特点,通过霍尔接近传感器精确定位障碍物与机器人之间的位姿关系,采用D-H法构建巡线机器人运动学模型,将障碍物固连一个空间坐标系,最终可在与定位点固连的机器人基坐标系中空间重构障碍物及机器人越障手臂.在机器人越障手臂与障碍物空间位姿关系可测的情况下,并考虑到机器人越障时间短为实际需要,规划一条最短无碰越障路径.最后通过实验验证了基于模型的无碰避障的有效性.     

基于卡尔曼滤波的巡视机器人能耗估计

为了对机器人巡检完预定杆塔所需的能耗进行准确的估计,对巡视机器人进行受力分析,利用积分法得到基于线路的环境参数(档段的水平档距、档段高差等)的单档段内的能耗模型;通过实验验证了模型的可行性.通过分析可知,需要巡检的杆塔越多,经过每个档段误差的积累,从起始杆塔截止到终止杆塔的能耗理论值与测量值之间的相对误差越来越大,导致无法准确地估计巡检完预定杆塔所需的能耗.基于自适应卡尔曼滤波器对由能耗模型得到的能耗理论值进行迭代修正,将相对误差控制在1.05%左右,提高了估计精度.     

履带式煤矿救援机器人越障能力分析与越障过程仿真

为制定煤矿救援机器人越障策略从而进行有效运动控制,选择台阶、斜坡和沟道等3种典型障碍,依据运动学原理研究救援机器人在3种障碍上的越障过程,得到了机器人的极限越障能力;运用Recur Dyn软件建立了救援机器人3D模型。通过越障仿真试验,得到机器人越障过程中俯仰角、俯仰角速度等参数的变化规律。研究结果可为判定机器人能否越障以及制定越障策略提供依据和参考。     

六足仿生机器人越障步态方法研究

在分析六足昆虫运动原理的基础上,提出了一种适合六足仿生机器人越障爬坡的一种步态.针对该机器人需要爬坡的要求对步态进行设计,并且从理论上对提出的"多边形步态"进行了可行性分析.在仿真软件中建立了六足机器人虚拟样机,动态模拟了采用该步态的六足仿生机器人的越障运动.指出利用该种越障步态原理设计思路所确定的机器人具有很好的稳定性以及特殊地形适应能力.     

巡检机器人自主充电对接控制方法

为保证轮臂复合式巡检机器人与太阳能充电基站充电座能准确和可靠自主充电对接,提出一种基于位置关系粗定位、视觉伺服精定位、以及压力传感器接合反馈的自主充电对接控制方法.通过感知机器人所处地线坡度信息,将安装在机器人压紧机构的充电插头运动至安装在悬垂C型挂板底端中心部位的充电座附近;根据图像空间充电座中心棱边与成像区域中心线距离来表征图像特征的变化,设计充电精定位伺服控制律,采用变论域模糊控制方法进行精确定位控制;依据贴合在正负电极片下压力应变片传感器信号变化反馈对接状态.模拟线路和实际线路的试验运行结果表明,该方法具有准确、可靠、效率高的特点,能够满足自主充电对接的任务要求.     

高压多分裂输电线路自主巡检机器人及其应用

介绍了一种沿(超)高压多分裂输电线路行驶的自主巡检机器人,包括自主巡检机器人本体、地面基站、巡检后台管理系统.机器人机械结构的设计针对多分裂线路特色的障碍物如均压环、间隔棒的结构特点以及线路受到多种作用力后复杂变形的几何特点完成,使得机器人能顺利通过各种障碍物,完成线路的全程自主巡检.通过介绍本系统的关键技术:移动机器人机构、控制系统设计、基于电磁导航与机器视觉的自主巡检系统,给出自主巡检机器人的一个典型实例.不同环境下的现场运行试验表明,该巡检机器人系统正确、实用.     

高压输电线路自主巡检机器人的检障与定位

针对高压输电线路巡检机器人系统具有多种类多数量传感器的特点,介绍一种根据线路环境信息的差异、机器人运行速度的快慢而将检障行为进行分类规划再有机融合的检障与定位方法,并介绍机器人高、中、低速下各检障行为的算法.通过模拟线路的检障与定位实验,表明提出的基于多源传感器行为融合的检障定位方法的正确性和实用性.     

输电线巡检机器人自主抓线的控制

针对一种双臂巡检机器人越障过程中脱线手臂的自主抓线问题,提出了一种自主抓线控制方法。首先,基于输电导线纹理特征和积分投影方法估计导线的位姿(偏距、偏角)。然后,基于输电导线的位姿偏差设计自主抓线的仿人智能控制器,利用偏角、偏距和线宽的估计值并结合机器人的倾角信息对机器人进行自主抓线控制。实验表明,该方法能在不同光照和背景下有效估计输电导线的位姿,可靠控制脱线手臂自动落线。     

输电线路巡检机器人后台管理及诊断系统

提出了融合输电线路管理、巡检图片的分类管理、机器人巡检作业管理、可见光图片的视觉识别、红外分析诊断、导线动态增容及企业局域网等于一体的巡检机器人后台管理与诊断系统的体系结构,建立了基于RDBMS的红外诊断模型和导线动态增容模型.采用关系数据库和B/S结构,建立了图片与杆塔、线路之间的关联模型,根据关联模型,开发了巡检机器人后台分析诊断管理系统,实现了图片的一键自动导入功能,以报表格式将巡检作业及图片诊断结果打印出来,实现了高压线路巡检的主要功能.     

电力线路巡检飞行机器人的轨迹平滑研究

研究了一种利用对称缓和曲线生成电力线路巡检飞行机器人平滑轨迹的方法。首先,利用坐标变换将机器人在三维空间中的运动映射到二维平面上;其次,在符合机器人理想运动学规律的基础上,阐述了使用对称缓和曲线进行轨迹平滑的方法,分析了机器人各运动参数约束关系对轨迹平滑的影响,解决了平滑轨迹偏离原始轨迹导致的安全性问题;最后,通过仿真实验证明了该方法的正确性和有效性。     

高压输电线路巡线机器人行走电机温度检测系统的研究

从电机性能和编码器性能两方面分析了对巡线机器人行走电机温度进行实时检测的必要性.提出了一种有刷直流电机发热模型及传热模型,并通过模型成功计算出电机绕组与外界环境的温度差值.介绍了巡线机器人行走电机温度的检测控制系统及温度传感器的安装结构.采用温度传感器DS18B20进行温度检测,用地面基站人机交互平台实时显示机器人现场运行过程中行走电机温度.在机器人控制程序中设定温度预设值,将所测得温度值与预设温度上限值进行比较,当所测得温度值高于上限值时,机器人将停止正在进行的运动,直至所测得温度低于预设值.以此实现机器人的智能控制.同时,基于高斯-马尔科夫的假设建立了温度传感器的一元线性回归模型,并根据假设采用了基于最小二乘法原理的方法对温度的测量值进行有效的修正.     

Impacts of flexible obstructive working environment on dynamic performances of inspection robot for power transmission line

The rigid-flexible coupling dynamic modeling and simulation of an inspection robot were conducted to study the influences of the flexible obstructive working environment i.e. overhead transmission line on the robot＇s dynamic performance. First, considering the structure of the obstacles and symmetrical mechanism of the robot prototype, four basic subactions were abstracted to fulfill full-path kinematic tasks. Then, a multi-rigid-body dynamic model of the robot was built with Lagrange equation, whil~e a multi-flexible-body dynamic model of a span of lin~ was obtained by combining finite element method （FEM）, modal synthesis method and Lagrange equation. The two subsystem models were coupled under rolling along no-obstacle segment and overcoming obstacle poses, and these simulations of three subactions along different spans of line were performed in ADMAS. The simulation results, including the coupling vibration parameters and driving moment of joint motors, show the dynamic performances of the robot along ftexibile obstructive working path： in flexible obstructive working environment, the robot can fulfill the preset motion goals; it responses slower in more flexible path; the fluctuation of robot as well as driving moment of the corresponding joint in startup and brake region is greater than that in rigid environment; the fluctuation amplitude increases with increasing working environment flexibility.