高压输电线路螺栓紧固作业机器人的研究

摘要

由于对高压输电线路的故障部分进行检修而引发的停电，给生活生产、工业制造和国家经济造成了巨大的损失。因此需要一种不断电的作业方式，而高压输电线路带电检修作业机器人成为现阶段最切实可行的方案，它能够替代或辅助人工进行带电检修作业。此外，机器人智能化的应用和推广也是当前和今后一段时期内国家重点扶持的科研项目。
　　论文在深入了解带电检修作业机器人特别是螺栓紧固作业机器人的国内外研究概况和未来发展趋势的基础上，针对110kV以上高压输电线路，提出了一种能够完成耐张线夹螺栓带电紧固等作业任务的高压输电线路带电检修作业机器人的新构型并研制出了原理样机。该带电检修作业机器人可替代等电位人员开展线路带电检修工作，消除人工带电作业存在的人身安全隐患。首先，通过对110kV、220kV和500kV输电线路电磁场的分析，采用了等电位作业方式，解决了机器人进出强电场的安全防护问题。其次，建立了带电检修作业机器人的运动学方程和牛顿欧拉动力学方程，通过算出每个关节的力和转矩，可进行机器人关节的机电传动系统的设计。再次，提出了一种基于小波神经网络(WNN)的新型非线性自回归移动平均模型(NARMA)。小波神经网络具有很强的自学习能力，经过训练可很好地识别电机系统，基于WNN的NARMA控制器可代替传统的PID控制器对无刷直流电机进行控制。仿真结果表明，利用该方法对无刷直流电机的控制，取得了较好的控制效果。另外，采用基于屈服点法原理对螺栓紧固电机的力矩控制方法进行了研究，提出了一些新的思路。
　　最后研制了高压输电线路螺栓紧固作业机器人的原理样机，制定了机器人详细的作业规划流程。在模拟线路和现场线路上完成了机器人进行耐张线夹螺栓带电紧固等实验，结果证明了论文研制的带电检修作业机器人能完成相关带电检修作业任务，所采用的控制方法取得了预期效果，有很好的适应线路作业环境的能力，为今后进一步完善机器人的功能，加快带电检修作业机器人的技术革新和发展提供了宝贵经验。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 课题研究的目的和意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 国外研究概况

1．2．2 国内研究概况

1．3 论文研究的主要内容

第二章 螺栓紧固作业机器人构型设计与作业规划

2．1 螺栓紧固作业机器人构型设计

2．2 螺栓紧固作业机器人作业规划

2．2．1 螺栓紧固作业步骤

2．2．2 螺栓紧固作业规划

2．3 本章小结

第三章 螺栓紧固作业机器人电气系统的研究与设计

3．1 作业机器人的运动控制中心

3．2 作业机器人电源系统构成

3．3 作业机器人测控系统构成

3．4 输电线路电磁场分析与机器人电磁防护设计

3．4．1 110kV输电线路电磁场分析

3．4．2 作业机器人电磁防护设计

3．5 本章小结

第四章 螺栓紧固作业机器人的数学建模

4．1 作业机器人的D-H连杆坐标系

4．2 作业机器人的运动学方程

4．2．1 机器人的正向运动学方程

4．2．2 机器人的逆向运动学方程

4．3 作业机器人的动力学方程

4．4 本章小结

第五章 关节电机驱动器的设计与螺栓紧固电机力矩控制方法的研究

5．1 机械臂关节电机驱动器的设计

5．1．1 作业机器人电机选型

5．1．2 无刷直流电机的数学模型

5．1．3 无刷直流电机电流控制方法的比较和分析

5．1．4 基于小波神经网络反馈线性化的控制器速度控制方法

5．2 机械臂关节电机驱动器的实验

5．2．1 实验平台

5．2．2 机械臂关节电机驱动器的实验

5．3 螺栓紧固关节电机力矩控制方法研究

5．3．1 螺栓的螺纹预紧力与拧紧力矩的关系

5．3．2 螺栓的螺纹拧紧力矩控制方法分析比较

5．3．3 螺栓的螺纹拧紧力矩控制方法仿真分析

5．4 本章小结

第六章 螺栓紧固作业机器人线路试验

6．1 螺栓紧固作业机器人样机

6．2 螺栓紧固作业机器人模拟线路试验

6．3 螺栓紧固作业机器人实际输电线路现场试验

6．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录