关于高压线路巡线机器人的研究设计

高压线路巡线机器人是机器人研究领域的重要研究课题之一,是一种具有广阔应用前景的特种机器人。本文针对110k V输电线路具有防震锤、悬挂线夹、金具、跳线、绝缘子、转弯等诸多障碍,线路与障碍物位置和形态不是特别固定的特点,设计了一款巡线机器人。该巡线机器人可以取代人工到高压线上去进行线路检查,工作人员在地面上就可以通过巡线机器人上摄像头对线路进行线路巡查,检查到隐患部位的时候再通过人工精准的对线路进行检查维修。这样不仅减轻了巡线作业的强度、降低费用,而且还使安全事故发生的概率降到了最低保证了工作人员的安全。     

输电线路巡线机器人机械结构设计分析

针对为了满足500 kV高压输电线路巡检作业要求,提出了一种新型的巡线机器人结构设计方案。该机器人采用对称式机械结构,由两个完全相同的吊臂组成,再加上中间主梁加两个转动关节连接起来,从而研制了巡线机器人样机,并着重阐述了行走单元、开合单元、压紧单元、旋转单元等四大功能单元。在室外搭建了一个1∶1的比例模拟500 kV输电线路及其障碍物的环境,样机在此环境下,完成了行走和越障实验,验证了机器人结构设计的合理性,越障功能的快速性和稳定性。     

武汉大学研制出自主巡线机器人

2011年6月，武汉大学动力与机械学院吴功平教授带领的电力作业机器人团队研制出三种型号的自主巡线机器人和一种型号的除冰机器人，已经在有关省市高压输电线路上试验成功。     

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。     

一种巡线机器人的机械结构设计及运动学分析

高压输电线路沿线地理环境复杂、线路长,经常穿越山河湖泊与密林,使得巡检难度大,耗费成本高.因此,针对110kV高压输电线路,设计了一种轻量化双臂巡线机器人,通过减少机器人整体自由度,减轻机器人自重,降低控制难度,从而使其更加稳定与节能.同时提出一种自主越障方式,能够跨越110kV输电线路上防振锤、跳线等障碍物.通过运用标准D-H法建立了巡线机器人的运动学模型,并在Robotic工具箱中对巡线机器人的越障过程进行建模仿真.通过仿真得到了越障过程中机器人越障臂各关节的运动参数曲线,验证了该巡线机器人连杆参数及越障步态设计的合理性.     

新型双臂巡线机器人越障过程受力分析

巡线机器人越障机构的设计是影响巡线机器人应用的关键技术,新型双臂式高压输电线路巡线机器人的手臂采用了旋转关节并联柔索的复合结构。介绍了巡线机器人的基本结构及相关参数,根据机器人越障机理将其划分为6个主要阶段,建立了每个阶段机器人手臂各关节及柔索的力学模型。通过计算机仿真分析,给出了机器人越障过程中双臂各关节的转矩曲线以及柔索的拉力曲线,结果显示越障过程中双臂各关节的转矩很小,机器人的重量主要由柔索承担,越障过程中力的变化较为平稳。     

面向悬垂绝缘子串更换任务的机器人机构设计与优化

依据输电线路悬垂绝缘子串环境特点和更换绝缘子串的任务需求,提出了一种新型输电线路悬垂绝缘子串更换机器人代替等电位电工进行作业,介绍了绝缘子串更换机器人机构构型,基于此构型进行了爬行移动机构、双作业手臂和环形抱夹装置的结构设计,阐述了机器人工作原理与流程。该机构具有作业效率高、易维护、安全性好,以及对不同尺寸的绝缘子串适应性强等特点。     

高压输电线路巡线作业机器人的动力学建模

分析了高压输电线路巡线作业机器人的结构特征,用Lagrange方法建立了多刚体系统动力学模型。基于此动力学模型,对一种典型工况进行了动力学正问题仿真,验证了该模型的正确性。     

高压输电线路自动巡线机器人机构设计及在约束条件下的逆运动学分析

设计了一种全新的输电线路自动巡线机器人的机械结构,介绍了该结构的各个组成部分。通过对巡线机器人系统的力学分析,得到了机器人运动的约束条件,在此约束条件下,采用一种可用于实时控制的循环坐标下降法(cyclic-coordinatedescent,CCD)对机器人的逆运动学进行了分析。仿真实验表明,这种迭代算法对于有运动约束系统的逆运动学分析具有较强的适用性,而且具有非常好的收敛性,特别适合于在线计算,便于巡线机器人的实时运动控制,同时验证了机构设计的可行性。     

质心调节式巡线机器人机械本体的结构设计

依据高压输电线路特点及巡检要求,设计了一种质心可调节的巡线机器人机械本体的结构,满足在线行走和跨越简单障碍的性能,具有一定的爬坡能力。运用CAD和UG软件对巡线机器人进行二维图纸绘制和三维建模工作,经过反复的结构优化,最终完成了巡线机器人的机械本体结构的设计。     

输电线防振锤复位机器人机构设计

针对输电线路巡检及维护的自动化需求,提出并设计了一种新型适用于带电线路的防振锤复位机器人,以期代替人工完成危险的高空作业任务。该机器人机构紧凑,左右对称,包括行走越障机构和复位作业机构。通过分析防振锤结构特征,创新采用仿人作业机理设计了复位作业机构,此机构对线路防振锤具有良好的适应性,相比传统复位工具采用的冲击和拖动作业方式,具有不损伤线路的优点。通过分析机器人爬坡能力,设计了轮爪夹持机构,以提高机器人的爬坡性能。介绍了机器人的工作原理,推导了机器人的运动学方程,开展了模拟实验,验证了新型防振锤复位机器人机构设计的可行性和有效性。     

巡线机器人机械本体结构设计与基于SolidWorks的虚拟仿真

通过研究国内外架空电力线路巡线机器人的研究现状,分析了巡线机器人的本体结构特点及存在的问题,探讨了巡线机器人机构、跨越障碍等关键技术.在设计出巡线机器人整体方案的前提之下,在SolidWorks平台上进行了零件图、子装配图、总装图的仿真设计与装配.     

一种轮腿式悬垂绝缘子检测机器人机构分析

在输电线路维护中,采用绝缘子检测机器人带电检测输电线路不良绝缘子的应用越来越广泛。基于轮腿式移动机构,针对500kV超高压交流输电线路悬垂绝缘子串的线路环境和绝缘子带电检测作业任务要求,提出了一种悬垂绝缘子检测机器人机构,介绍了其运动原理并确定了机构的尺度参数。运动学分析指出了机器人在运动过程中存在速度冲击的问题,分析了产生速度冲击的原因,并通过合理的运动规划消除了速度冲击。仿真结果表明,运动规划后的机器人冲击减小,运动平稳。     

基于Matlab的异形片刹车机构的多目标优化设计

给出了超高压输电线路巡线机器人异形片刹车机构的结构方案,建立了基于构件几何参数的数学模型与力学模型,运用数值分析软件Matlab实现了异形片刹车机构的多目标规划和优化设计.利用有限元分析软件ANSYS对优化设计前后的机构模型进行强度与变形分析,验证了机构模型的合理性及优化设计的可行性.     

一种输电线路绝缘子串检测机器人机构设计

针对输电线路绝缘子串环境特点及巡检任务需求,提出了一种新型绝缘子串检测机器人机构,介绍了机器人的机构构型,分析了机器人的运动作业机理,规划了机器人行走作业的运动序列,仿真分析了机器人沿不同倾斜角度绝缘子串行走作业的过程,仿真结果表明该机构能够沿不同倾斜角度的绝缘子串行走作业,验证了机构设计的合理性、运动规划的可行性,该机构具有结构紧凑、行走速度快、运动平稳等特点。     

高压巡线机器人的设计与实现

针对110 kV输电线路具有防震锤、耐张线夹、悬垂线夹、跳线、转弯等诸多障碍,线路与障碍物的相对位姿和形态不是非常固定的特点,首先设计出了一种全新的巡线机器人的机械结构,并对该结构的各个组成部分进行了详细的说明;然后,对巡线机器人的控制系统进行了设计。本体控制系统采用两级分布式计算机控制结构,规划级用于机器人管理和路径规划,直接控制级用于机器人的姿态和运动控制。实验线路上的运行表明,机器人较好地实现了自主越障,能够完成规定的巡检任务。     

高压输电线路清杂物机器人清除机构设计及其控制系统

设计一种可以为高压输电线路清除杂物的机器人,其主体包括机械机构和控制系统。根据高压输电线路清除杂物作业需求,设计了清除杂物机器人的机械机构。由于清除机构机械自由度高、整体质量大,给机器人越障带来困难。采用欠驱动的设计思想,对清除机构进行优化设计,以减少驱动电动机个数,达到机器人整体质量下降的目的,为缓解机器人越障困难提供方法。根据清除杂物控制要求,对机器人控制系统的软件、硬件进行设计,利用S3C6410单片机对机器人清除机构进行试验,试验结果符合设计要求。     

输电线路巡检机器人仿生结构研究

针对传统高压输电线路巡检机器人作业范围小,受障碍物尺寸限制以及不能跨越引流线等问题,通过观察长臂猿手臂和运动特点,结合仿生学原理,提出了一种基于灵长类动物特征的三臂对称分布式高压输电线路仿生机器人,并建立了机器人的虚拟样机。结合ADAMS软件仿真分析了机器人模拟长臂猿在线路行走及跨越引流线过程,并通过实验反复验证,验证了机器人仿生机构的合理性与稳定性,同时机器人能够稳定可靠的跨越线路障碍,具有越障效率高等优点。     

架空高压输电线自动爬行机器人的研制

研制了一台沿架空高压输电导线自动爬行和跨越障碍物的机器人。机器人的承重行走采用伞形轮来实现，伞形轮的越障运动由槽凸轮机构控制。机器人的爬行运动采用行程放大机构和抓握机构来实现，爬行的协调运动和抓紧力的自适应控制由集成电液伺服系统实现。机器人可携载检测和通信设备，对输电线路进行巡检作业。     

新型巡线机器人的运动学算法分析

新型巡线机器人单体具有3个转动关节,适用于110kV高压输电线路巡检工作.用常规解法和D-H法分别推导了该机器人的正运动学方程.两种算法推导出的结果实质是一致的.