巡线机器人多体动力学分析、优化与实验研究

摘要

针对500kV超高压架空输电线路特殊作业环境，设计了采用轮式移动与步进式蠕动混合爬行的巡线机器人。该机器人能够实现自主跨越防振锤、悬垂线夹、跳线等结构障碍，能够自主选择爬行方式以适应不同坡度的上坡路段。坡度较小时采用轮式爬行，坡度较大时采用步进式蠕动爬行。从而保证了巡线机器人可以对输电线路进行全程不间断的巡检。本课题主要工作和成果如下：
　　根据巡线机器人功能要求以及客户的意见，提出了本课题的巡线机器人结构方案，利用CATIA软件建立了该机器人的基于特征的参数化模型，进而建立了该机器人的虚拟样机。
　　通过对重要执行机构与传动机构的运动原理及其工作状态的分析，建立了异形片刹车机构、机械手手臂等零部件的优化设计数学模型。实现了异形片刹车机构的多目标优化设计，巡线机器人轮式爬行上坡角度最大化的优化设计。
　　利用动力学分析软件ADAMS，建立了巡线机器人跨越悬垂线夹的仿真模型，并对其进行了运动学与动力学仿真分析，获取了仿真实验的有关数据及其曲线图，确定了机器人成功越障的运动规划与主动关节的驱动函数。通过对比分析优化前后的仿真实验结果，进一步验证了机器人结构设计、优化的合理性以及机器人运动规划的可行。