超高压输电线路巡检机器人控制系统的研究与实现

摘要

超高压输电架空线是远距离输配电力的主要方式，保证输电线路的安全稳定地运行是远距离输电的安全保障。由于输电线路架设在野外，经过风吹日晒需要定期巡检线路。传统巡检方式存在劳动强度大、检测精度低、效率低且费用高昂等问题，以巡检机器人代替传统巡检方式，从而减轻巡检人员的劳动强度，提高输电线路管理和维护的自动化水平。
　　本文的研究目的是研制出适应超高压输电线路环境，可在线路上行走、爬坡、越障的巡检机器人系统，从而实现机器人代替人工巡检。本文首先对巡检机器人国内外的研究现状进行了介绍，深入研究了加拿大LineScout与日本Expliner巡检机器人。分析巡检机器人的工作环境，结合分析结果与机器人作业内容提出了巡检机器人的设计要求。
　　针对500KV超高压输电线路的实际线路情况和障碍物类型，研究团队共同设计了一种新型开合式巡检机器人，对机器人进行了运动学分析，设计了连续越障、尺蠖式越障和跨步式越障等越障策略。分析结果证明机器人结构合理，适合搭载检测仪器在输电线路行走及越障。
　　巡检机器人控制系统是巡检机器人研究的重要部分，所设计的巡检机器人以500KV四分裂相线为作业路径，机器人的控制系统采用分级控制结构，包括地面控制系统平台、车载系统主控机和电机及驱动。地面控制系统平台的作用主要是利用数传电台遥控机器人和接收线上检测设备采集的线路数据。机器人车载系统主控机采用工控机，在遥操作模式下，接收地面控制平台的指令，解码为各个电机的动作命令，通过CAN总线发送给驱动器执行。同时针对本巡检机器人结构提出一种连续越障的方法，介绍了基于多传感器融合的控制方法。
　　最后，对巡检机器人作业的典型工况进行了实验研究。为实现线上行走、越障的主要功能，设计了I代样机，在室内环境下进行了斜坡攀爬、变距行走等实验，根据实验结果，做了方案改进，加工了第 II代样机，并在室外建立了仿真地面实验系统，开展了线上行走、连续越障、跨步越障实验。实验结果表明：该巡检机器人线上行走能力优秀，爬坡能力强，能够对简单障碍物进行连续越障，整个机器人系统满足了设计要求。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外研究概况与综述

1.4本文的主要研究内容及主要工作

2 巡检机器人工作环境与需求分析

2.1引言

2.2 超高压输电线路环境

2.3 巡检机器人作业内容及设计要求

2.4 本章小结

3 巡检机器人本体机构与运动学分析

3.1 引言

3.2 巡检机器人机械结构

3.3 运动学分析

3.4 越障策略

3.5 本章小结

4 巡检机器人控制系统设计及控制方法研究

4.1 引言

4.2控制系统总体设计

4.3巡检机器人控制系统硬件组成

4.4 巡检机器人控制系统软件设计

4.5 巡检机器人伺服系统

4.6巡检机器人自主越障方法研究

4.7本章小结

5 样机及实验

5.1 引言

5.2 样机研制

5.3 I代样机室内实验研究

5.4 II代样机改进及室外实验

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A．作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录：

B．作者在攻读学位期间取得的科研成果目录：

C．作者在攻读学位期间取得的科研成果目录：