High-voltage live cleaning robot design based on security

High-Voltage Live Cleaning Robot works in a hot-line environment （220 kV/330 kV） , and so the safety of its application and equipment is most important. In terms of safety, the designs of robot mechanism and control system have been discussed, and the test data are given regarding the control system of a model machine. The model machine of a high-voltage live cleaning robot can satisfy the needs of basic cleaning in common conditions. From manual operation to automation, the cleaning efficiency is improved. The robot can decrease the amount of work, and guarantee security. Among high-voltage live cleaning equipment in China, the cleaning robot is advanced in automation and intelligence.     

基于柔性化工作的可重构机器人系统设计

根据柔性化作业的需要,设计了一种新型的可重构机器人模块系统。先按功能要求对可重构机器人模块进行划分,并设计了各模块相应的机械结构。然后基于可重构机器人的模块特性,设计了单模块的控制系统,并且重构后的机器人控制系统采用分布式控制结构。最后进行了机器人的运动实验,结果验证了系统的可行性。     

基于柔性化工作的可重构机器人系统设计

根据柔性化作业的需要,设计了一种新型的可重构机器人模块系统。先按功能要求对可重构机器人模块进行划分,并设计了各模块相应的机械结构。然后基于可重构机器人的模块特性,设计了单模块的控制系统,并且重构后的机器人控制系统采用分布式控制结构。最后进行了机器人的运动实验,结果验证了系统的可行性。     

Trajectory optimization for a cleaning robot for a hotline insulator

We investigated the vibration of a cleaning robot for hotline insulators, providing a flexible elevating link with a rigid moving link at the end. A Lagrange dynamic model is established based on the assumed mode method. An approach is proposed to reduce residual vibration of the flexible elevating link by optimizing acceleration of rigid link using the Pontryagin maximum principle （PMP）. A numerical solution to the proposed optimization problem including a two-point boundary-value problem （2PBVP） is developed. Residual vibration of the flexible elevating link of the optimal acceleration profile is compared with that of the optimal trapezoid velocity profile. The result shows that the proposed trajectory optimization method can reduce the residual vibration more effectively.     

水下船体表面清刷机器人吸附及移动性能分析

为了保证水下船体表面清刷机器人吸附可靠和运动灵活,需要合理地确定机器人的吸附力和驱动力矩.首先介绍了机器人的工作原理,以及机器人可能遇到的危险状态;然后对机器人进行了力学分析,建立了机器人相对船体表面静止和运动时的力学和数学模型,运用"极值寻优法",确定了机器人在水下船体表面上工作时所需最小的吸附力和驱动力矩;运用MATLAB对数学模型进行了仿真分析,分析结果与上述理论计算结果相符.这些研究为确定机器人的吸附力和驱动力矩提供了理论依据,保证了机器人在水下船体表面上吸附和移动的可靠性.     

3-TPT并联机器人动力学仿真研究

为了分析并联机器人动力学特性,采用ADAMS虚拟样机技术对3-TPT并联机器人的正逆向动力学问题进行了仿真研究.利用三维实体建模工具Pro/Engineer软件建立了并联机器人的三维实体模型,借助Pro/E软件和ADAMS软件的接口模块Mechanism/Pro,将三维实体模型导入到ADAMS并创建虚拟样机模型.分别对机器人的驱动杆、约束链的运动及受力等相关问题进行了仿真研究,获得了机器人动力学特性规律曲线.该虚拟样机技术对复杂机械动力学问题的研究具有借鉴作用.     

水下船体表面清刷机器人移动机构的研究

为了实现机器人在水下船体表面上可靠吸附和灵活运动的功能,开展了水下船体表面清刷机器人移动机构的研究.介绍了水下船体表面移动机构的基本组成、工作原理和方案选择,对该移动机构进行了运动学建模,确定了运动学参数.分别在空气和海水介质中,对该移动机构进行了力学分析,确定了所需的磁吸附力.按照实际的需要,根据磁轮的吸附力,选择了永磁材料,设计了磁轮的结构参数.轮与机架采用弹性元件联接,使得移动机构具有被动柔顺的功能.由于磁轮外表面外套花纹橡胶环,增大了摩擦系数,保护易脆的磁环,使得该机构转弯灵活、不易打滑和吸附可靠.通过实验分析可知,该移动机构不仅适于水下船体表面上的运动,也适于水上船体表面上的运动.     

一种基于力觉的机器人对孔装配方法

针对带电作业机器人更换金属氧化物避雷器过程中精确对孔装配的需要,提出一种基于力觉自主控制机器人在绝缘横担上寻孔并装配避雷器的方法。控制过程中针对避雷器下端头的特殊形状以及电杆绝缘横担的作业场景,在机器人末端加装力觉传感器,将转换后的力作为被控量,设计一种由触担、寻孔、渐入和插入四个过程构成的对孔装配策略,使机器人能够将避雷器的下端头准确地插入横担上的安装孔。试验结果验证了所提方法的有效性。     

一种基于力觉的机器人对孔装配方法

针对带电作业机器人更换金属氧化物避雷器过程中精确对孔装配的需要,提出一种基于力觉自主控制机器人在绝缘横担上寻孔并装配避雷器的方法。控制过程中针对避雷器下端头的特殊形状以及电杆绝缘横担的作业场景,在机器人末端加装力觉传感器,将转换后的力作为被控量,设计一种由触担、寻孔、渐入和插入四个过程构成的对孔装配策略,使机器人能够将避雷器的下端头准确地插入横担上的安装孔。试验结果验证了所提方法的有效性。     

管内机器人检测系统设计的关键技术

研制了用于检测输油管道内壁缺陷的无缆管内机器人检测系统,给出了模块单元串联结构系统组成及实现要求.机器人采用六支撑轮移动机构,通过电驱动行走实现对缺陷位置的精确定位;分析了模块单元两种铰接结构设计及对布线的影响;详细研究了机器人电控系统的结构设计及试验方案,以及提高机器人结构可靠性的具体设计方法及解决措施.样机试验验证了机器人关键技术设计的可行性与有效性,奠定了在特殊环境下的应用基础.     

一种全向滚动球形机器人的运动分析与轨迹规划

设计了一种全向滚动球形机器人的内驱动机构,4台直线电机分别在4个空间对称的轮辐上径向移动,改变系统重心位置,驱动球形机器人在平面上全向滚动.基于球体纯滚动的非完整约束和步进直线电机运动的离散特性,建立了球形机器人的运动模型,给出了控制其运动的二阶微分方程组,进而提出了该球形机器人的轨迹规划算法.结合实例进行了运动分析和轨迹规划仿真,表明这种运动分析模型是正确的,并且简化了球形机器人的驱动装置,降低了能耗.     

油气管道爬行机器人的设计及仿真实验

针对新建无流体管道、非常规流体管道、分支管道和逆流体流向管道等特殊工况下,传统介质推动机器人无法完成作业的问题,对能够适应特殊管道工况的油气管道爬行机器人进行了研究,完成了一种气动式爬行机器人的详细设计,包括结构设计和控制系统设计等.利用ADAMS虚拟样机软件对油气管道爬行机器人在U型和90°管道的动力学进行了仿真分析.结果表明,该油气管道爬行机器人具有一定避障和过弯能力,可以完成油气管道特殊工况下的检测和维修.     

#br# NAO机器人的视觉伺服物品抓取操作

针对家庭环境中服务机器人物品的抓取问题,提出一种改进的基于位置的视觉伺服抓取算法。首先,利用Naomark标签完成对物体的快速识别,并通过世界平面单应矩阵分解对物体的位姿进行估计;然后,对NAO机器人的机械臂进行运动学建模,并分别设计单臂和双臂抓取的视觉伺服控制律;最后,为进一步提高抓取的稳定性和鲁棒性,对末端执行器进行路径规划。实验结果表明,本方法能够快速、稳定地抓取目标物品。     

面向数字舞台表演的海龟机器人系统研制

针对所创作的机器人戏剧剧本,研制一套用于数字舞台表演的大型海龟机器人系统.该机器人由机械系统和控制系统组成,机械部分由4条3DOF模块化轻型腿、一套具有连续曲率的柔性脖子、龟壳开合装置和碳纤维框架组成,所有电机、电路板等机电部件安装于躯干中,通过同步带将电机的运动传递到外端,降低了悬臂部分的尺寸和质量,减轻了电机的负载.系统的控制部分由上位机及嵌入式控制器组成,分别提供顶层的人机交互和底层的关节实时控制功能.采用重心自调整的方法规划运动步态,确保多足运动的稳定性.经大量实验,研制、开发了样机,完成了机器人戏剧的公演,所研制的机器人可以完美地演绎戏剧角色,外形美观,惹人喜爱,表演效果极佳.     

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。     

基因算法用于射流路面清洗的优化

实验分析了影响水射流路面清洗的参数及其影响趋势,并建立了清洗率的模糊预测方法.使用了基因算法,对清洗过程中的清洗压力、清洗距离、移动速度和喷嘴角度进行优化,建立了相应的多目标优化模型.通过基因算法的优化,分析了不同权重下清洗效果、生产率、能量及水量消耗的优化结果.     

内窥镜机器人几何特性参数的优化研究

针对人体内腔黏液为非牛顿流体的特点,建立螺旋式内窥镜机器人在人体内腔中运行时的数学模型.给出适合于该机器人系统的非牛顿流体修正雷诺方程的求解方法和计算程序框图.采用有限差分法分析螺纹的几何特性参数对机器人轴向摩擦牵引力、周向摩擦阻力,以及黏液膜承载能力的影响,进而获得了一组相对最优的无量纲几何特性参数值.机器人运行速度实验证明了此理论分析模型的正确性.     

基于改进势场栅格法的清洁机器人路径规划算法研究

针对人工势场法中机器人在障碍物附近震荡而无法到达目标点、存在陷阱区域、临近的障碍物之间不能发现路径等问题,提出了一种改进的势场栅格算法.结合牛耕式全覆盖路径规划算法使机器人在已知环境势场模型中快速静态规划出全局最优清扫路径,通过激光雷达与势场合力运算使其具备无碰撞的避障能力.在实际系统的实验验证结果表明,本算法能够使清洁机器人以更短路径遍历环境及增强避障能力,提高了清洁机器人的安全性与工作效率,具有实际应用价值.     

一种教学机器人控制系统研发

为满足开放式教学的要求,设计了一种教学机器人,提出了控制系统的总体结构,设计了控制系统的硬件和软件,实验表明此控制系统能够较好地控制教学机器人．     

Delta型并联机器人运动学正解几何解法

并联机器人运动学正解的封闭解问题到目前为止没有得到全面解决，常用的解决方案是采用基于代数方程组的数值解法，该方法不足之处是推导过程复杂，实际应用过程中存在多解取舍的问题。为此运用空间几何学及矢量代数的方法建立了三自由度Delta型并联机器人的简化运动学模型，求解并联机器人运动学正解。与基于代数方程组的求解方法相比，推导过程简单、直观，回避了并联机器人运动学正解多解取舍的问题，可直接获得工作空间内满足运动连续性的合理解。