输电线路杆塔攀爬助力装置设计

为解决输电线路杆塔登塔人员劳动强度大,效率低的问题,基于圆偏心轮自锁原理,依靠与杆塔防坠落导轨间的正压力与摩擦力,设计了一种输电线路杆塔攀爬助力装置,为登塔人员提供一定的提升力。通过现场应用试验,攀爬助力装置降低了人员登塔强度,实现了助力效果。攀爬助力装置为一线登塔人员的登塔作业提供了新的思路。     

基于决策树的机器人自动爬塔方法

使用爬塔机器人进行铁塔检修维护作业，要求机器人具备高效的自动攀爬能力。提出了一种基于决策树的自动爬塔方法。依据目标铁塔与机械结构分析了机器人攀爬过程中的步态方式，结合控制与感知系统设计了机器人的自动爬塔决策树。决策树运行的关键在于不同环境下步态运动的选择与执行：根据环境模型分析了影响步态选择的主要因素并设计了其量化指标，通过将机器人随机放置在常规铁塔上收集主要因素的样本数据并将此作为条件属性建立决策表，生成步态选择决策树；为了降低任务冗余性提高系统协调能力，在执行步态期间结合运动机构设计视觉调度决策树与绝对高度更新方法，实现步态选择与步态执行的并行处理。室内铁塔攀爬实验表明该方法能够有效地指导机器人的自动爬塔过程。     

电力铁塔攀爬机器人直线推杆机构设计与分析

面向输电系统检测及维护作业的自动化,提出并设计了一种可以在电力铁塔表面自由移动的五自由度双臂关节式攀爬机器人,以期代替人工完成危险的高空攀爬检测作业任务.该电力铁塔攀爬机器人机构紧凑,左右机构对称,创新采用直线推杆机构实现两臂张合功能,此机构可良好支撑机器人双臂,相比传统关节设计采用的大转矩电机直驱方式,大幅度降低了对驱动电机的转矩要求.建立了机构CAD模型.进行了静力学分析,并在动力学仿真软件Adams软件环境下进行仿真.通过和电机直驱关节方法比较,分析和仿真结果均表明采用直线推杆机构可减小驱动电机转矩.样机试验结果表明电力铁塔攀爬机器人系统的设计组成原理合理,系统方案成功可靠.     

输电铁塔攀爬机器人夹持机构设计

针对输电铁塔危险部位的检修工作,设计了一种新型攀爬机器人;根据攀爬机器人的运动环境和夹持方式,设计了一种由磁吸附和机械夹持结合的复合结构,以保证夹持的可靠性和准确性。该夹持手爪由一个电机驱动,通过齿轮传动带动螺旋升降机上下运动,从而实现爪部对角钢的夹紧;同时,通过电磁铁吸附角钢,实现对角钢的双重夹持,可有效抵御攀爬机器人在铁塔上的坠落危险。介绍了夹持机构的设计过程,建立夹持机构的三维模型,对其进行了静力学分析和仿真;并通过实验验证了其合理性。     

新型电力铁塔攀爬机器人的设计及攀爬步态分析

针对现有电力铁塔攀爬机器人存在的结构复杂、稳定性差、越障能力不足等问题,这里设计了一种新型电力铁塔攀爬机器人并对其攀爬步态进行了分析.通过选取电力铁塔主材上的脚钉为夹持对象,采用机械电磁复合手爪夹持方式等创新性的方法,简化了攀爬机器人的结构,提高了夹持稳定性,解决了避障难题.然后使用Workbench对关键受力部件进行有限元分析并利用Robotics Toolbox对机器人的攀爬过程进行了建模仿真,仿真结果表明攀爬机器人机械结构及攀爬步态设计合理,验证了新型电力铁塔攀爬机器人在实际工作环境中应用的可行性.     

电力铁塔检测路径规划研究

针对攀爬机器人进行电力铁塔检修和维护时智能化程度低、工作效率不高的问题,提出了对机器人攀爬过程进行三维路径规划的方法。即在铁塔三维CAD模型的SAT文件基础之上,通过在VC++6.0编程环境下对SAT文件中铁塔的几何数据信息进行提取,通过运算后利用OPENGL函数库对铁塔骨架进行构建,通过算法实现对三维电力铁塔的全局路径规划,并对规划的路径进行显示。在按照预先规划的全局路径攀爬过程中,在VC++6.0下采用OPENCV函数对铁塔进行图像处理和特征识别,从而完成局部路径规划。对控制系统的硬件结构进行了设计,软件系统进行了编写,实验结果验证了提出方法的正确性与可行性,对实际工作的开展具有指导意义。     

电力铁塔攀爬机器人运动学及奇异性分析

为了提高输电线路检修的自动化程度,降低检修人员的劳动强度,文中提出一种用于电力铁塔或复杂空间桁架结构的5自由度关节式攀爬机器人Pylon ClimberⅢ。在分析机器人的关节驱动器空间、关节空间及笛卡尔空间映射关系的基础上,绘制了机器人的工作空间并求解其体积为0.24 m3。针对非方阵型雅可比矩阵,提出了一种新的基于矩阵子式判断奇异位形的方法,仿真结果验证了分析的正确性。样机试验表明,将奇异性分析结果用于机器人运动控制,可使机器人在攀爬过程中有效避免奇异位形,实现可靠攀爬。     

特高压铁塔攀爬机工艺研究

攀爬机是特高压铁塔攀爬作业中必不可少的设备，对人员和物资输送起到重要作用。本文介绍了一种特高压铁塔攀爬机的结构设计，并对其加工工艺进行了研究，其研究成果对同类产品乃至相同工艺的各种机械产品加工都具有一定的参考价值。     

攀爬电力铁塔机器人的爬行方案设计

目前电力特种机器人的研究主要集中在巡线机器人方面,用于巡检电力铁塔的机器人还鲜有成果.攀爬电力铁塔机器人爬行方案的设计,是研制攀爬电力铁塔机器人的基础.本文通过分析比较几种爬行机构,结合攀爬电力铁塔机器人的性能要求及工作环境确定了该机器人的一种爬行方案.     

一种轮式攀爬机器人的研究与设计

针对在城市建设基础设施中的多种复杂环境,为了降低由于高工作业带来的人身财产危害,设计了一种轻巧的轮式攀爬机器人。基于机器人攀爬静力学分析,确定了机器人的重要参数,先后完成了机器人攀爬机构和锁杆机构两大关键机构的设计,提出机器人攀爬控制策略。在Solidworks环境下完成了机器人的虚拟样机建模,并搭建试验样机对机器人进行载重攀爬测试和适应性测试。实验表明,机器人20kg负载条件下,攀爬速度达到3.24m/s,攀爬自旋角2.24°,同时机器人可以在不同直径下作业,机器人满足设计要求。     

基于GPL模型的仿生爬壁机器人路径规划

为了研究基于GPL模型的仿生爬壁机器人路径规划问题,提出了一种适合GPL模型的路径规划方法。首先对基于GPL模型的爬壁机器人进行了简单介绍,通过对GPL模型进行运动学、静力学分析,研究了该构型攀爬运动时机器人路径对攀爬能力的影响;其次,基于足端力最优得到了GPL模型腰关节的运动曲线,实现了路径规划;最后,采用ADAMS仿真验证了分析结果的正确性。结果表明,该方法可以解决基于GPL模型的爬壁机器人路径规划问题,同时研究结果也揭示了壁虎等生物原型采用摆动爬行而不是直线爬行的运动合理性。     

基于虚拟样机技术的攀爬机器人仿真分析

随着攀爬类机器人技术的不断发展,对能够攀爬复杂三维钢架结构的机器人的需求日益增多。针对一种带脚钉的特殊钢材塔架,提出了一种气动攀爬机器人本体设计方案。利用SolidWorks建立设计方案的三维模型,将其导入Adams中建立虚拟样机模型,并进行运动学及动力学的仿真,测量分析了重要的动力学参数,并运用Adams的二次开发技术,追踪了机器人模型总质心的坐标轨迹。验证了方案的可行性,研究了其运动及动力学性能,为物理样机的研制提供了重要的理论依据。     

基于SMA驱动的仿生无源负压吸盘研究

针对负压吸盘在爬壁机器人吸附装置应用中存在的不足,提出了一种单程形状记忆合金（SMA）弹簧驱动器驱动的仿生多腔无源负压吸盘．解决了现有负压吸盘吸附装置不易微小型化、功重比低的缺点。该吸盘基于仿生学原理,采用当前发展迅猛的仿生智能材料——形状记忆合金,并基于拓扑机构学原理进行多腔体智能吸附机构结构设计,为爬壁机器人的壁面吸附机构设计提供一种方法。     

仿生拱泥机器人运动数学模型研究

介绍了基于蠕动原理仿生拱泥机器人的用途和基本工作原理。对基于蠕动原理仿生拱泥机器人的运动路线进行了分析,并推导出运动路线的表达公式。在此基础上,分段建立了基于蠕动原理仿生拱泥机器人整体运动的数学模型。这些数学模型可以用作基于蠕动原理仿生拱泥机器人运动过程计算机仿真研究的仿真模型,同时也为改进基于蠕动原理仿生拱泥机器人试验样机的设计打下了一定的数学基础,并为设计基于蠕动原理仿生拱泥机器人工作用机和进行仿生拱泥机器人的应用分析打下了一定的理论基础。     

数控气动爬梯子机器人

提出了一种仿生新型气动的爬梯子消防机器人的设计方案。该方案以气动作为动力,采用单片机控制电磁阀调节气路驱动气缸有序运动,用气缸活塞的运动带动连杆机构运动,来实现机器人自动沿梯子上下爬动,配合摄像头、水枪等消防器具使用,实现高空消防救援的目地。具体分析了该机器人的结构原理、气动系统、电路控制系统的设计。它结构简单,制造成本低,性能可靠。使用表明该控制策略可行、响应快速、控制可靠。因而这种仿生机器人在很多领域有着广泛的应用前景。     

爬壁机器人研究现状及发展趋势

爬壁机器人是指能够依附在物体的表面进行多自由度移动并完成作业的机电系统，特别适用于执行特殊任务，因而具有良好的应用前景和广泛的市场需求。根据黏附机理的不同，爬壁机器人可分为负压吸附、静电黏附、仿壁虎干黏附、仿生湿黏附等类型。从黏附机理、应用范围以及黏附特点三个方面概述了爬壁机器人领域的国内外研究现状，为统一分析比较不同种类爬壁机器人的负载性能，提出基于比黏附能密度的机器人整体黏附性能分析方法，并为解决其大负载和小体积之间的矛盾提出新的材料和结构设计思路，分析微型爬壁机器人在航空发动机故障检测领域的应用前景，总结出其在材料智能化、驱动新型化、体积小型化和黏附机理协同化等方向的发展趋势。     

仿生拱泥机器人运动过程计算机仿真研究

提出了利用计算机仿真技术研究仿生拱泥机器人运动规律的思想。以建立的仿生拱泥机器人运动数学模型为计算机仿真模型,对仿生拱泥机器人工作时的运动过程进行了计算机仿真研究。编制了大量仿真程序,获得了较好的仿真结果。通过运行相应的仿真程序,可以在计算机上直接观察到仿生拱泥机器人运动的全部过程,也可以观察到仿生拱泥机器人各部分工作的逼真情况。在此基础上,可以进行仿生拱泥机器人运动学、动力学仿真和仿生拱泥机器人虚拟样机的研究工作。同时,相应的研究工作也为改进基于蠕动原理仿生拱泥机器人试验样机的设计,并为设计基于蠕动原理仿生拱泥机器人工作用机和进行仿生拱泥机器人的应用分析奠定一定的理论基础。此外,这些工作也为研究其他仿生机器人提供了一定的条件。     

滚轮黏附式爬壁机器人的附着机理及应用试验研究

壁虎依靠脚掌上的纳米级刚毛,可以附着在光滑的壁面甚至天花板上,并且可以以较快的速度自如爬行。以分子间作用力为附着机制的仿壁虎黏附爬壁机器人,在军事和民生领域都有非常迫切和广阔的应用需求。壁虎在壁面爬行时,足端斜向上运动带动脚趾以一定角度旋转脱离接触面,以这种稳黏附、易脱附的爬壁机制为启示,设计了一种滚轮黏附式的仿生爬壁机器人。开展了机器人爬壁状态下的力学原理分析,得到了电机扭矩、机器人自重与黏附力的关系。在采用电机驱动、齿轮传动的四驱结构的基础上,设计了稳黏附、易剥离的四辐条滚轮机构,实现了轮式机器人在光滑壁面的爬行。通过拍摄并分析机器人爬壁的高速视频,得到了机器人爬壁的启动加速度和稳定后的爬行速度。为了进一步测试分析机器人爬行于不同倾角平面时黏附力的变化范围及变化规律,设计了精度为3 mN的二维力传感测试平台,验证了仿壁虎机器人轮式黏附垫的黏附性能,结果显示研制的滚轮黏附式爬壁机器人可以在光滑垂直壁面上实现快速稳定地爬行。     

基于智能PID算法的爬壁机器人位置伺服控制方法

针对爬壁机器人实际与理想作业位置偏差过大的问题,提出了基于智能PID算法的爬壁机器人位置伺服控制方法。通过分析爬壁机器人的运动状态,构建爬壁机器人的运动学模型,获取爬壁机器人的运动规律和其位姿变化特征。运用智能PID算法对爬壁机器人的位置实施伺服控制,利用遗传算法不断调节机器人控制参数,得到最佳适应度函数,生成全局最优的PID控制参数。根据爬壁机器人运动状态得出控制终止条件,获取最终的位置伺服控制结果,实现爬壁机器人位置伺服控制。实验结果表明,所提方法的位置伺服控制稳定性较好,能够有效提高位置伺服控制精度,增强抗干扰性。