基于平行四边形结构的仿蛇形巡检机器人的研究和设计

摘要

高压线路巡检机器人是一种具有广阔应用前景的特种机器人，它可以实现取代人力进行线路维护以降低作业劳动强度、费用以及危险性的功能。本文在国内外高压输电线路巡检机器人研究现状及发展趋势的基础上，通过对机器人行走越障的分析提出了一种基于平行四边形结构的仿蛇形巡检机器人的设计方案，并根据这个方案对机器人进行了机械本体结构的设计以及运动学分析。
　　本文首先根据高压线路行走环境对巡检机器人的机械本体方案进行了一步步的优化和改进，基于仿生学原理，确定了一种仿蛇形爬行巡检机器人方案，并对该方案的巡检机器人根据不同行走要求进行了路径的规划以保证机器人在越障过程中质心位移变化平稳且在挂线处不会产生大的转矩。
　　其次根据此方案对该巡检机器人进行了结构的设计，通过计算确定了平行四边形结构的驱动装置—行星滚柱丝杠，对其工作原理分析，并运用MATLAB优化工具箱对其尺寸参数进行优化设计，最后运用SolidWorks对所设计的结构进行三维建模。
　　根据所设计的机器人结构对平行四边形结构在机器人运动过程中其各个连杆的质心位移和受力情况进行了分析;建立了整个巡检机器人的参考坐标系模型，通过齐次坐标变换求解巡检机器人的运动学方程，最后运用MATLAB进行机器人运动学仿真。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题依据和背景情况和意义

1．2 巡检机器人技术的国内外发展现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．3 巡检机器人需要解决的一些关键技术

1．3．1 机械本体结构

1．3．2 能源系统

1．4 本文的主要研究内容

第2章 巡检机器人的越障方案分析

2．1 巡检机器人障碍环境研究

2．1．1 杆塔

2．1．2 防震锤

2．1．3 压接管

2．1．4 悬垂绝缘子串

2．2 巡检机器人的构型选择

2．3 巡检机器人的行走越障分析

2．3．1 直线有障碍段

2．3．2 变向行走段

2．4 本章小结

第3章 巡检机器人的本体结构设计

3．1 巡检机器人的整体结构

3．2 机械本体结构中关键位置的设计

3．2．1 行走夹持机构的设计

3．2．2 平行四边形结构的设计

3．2．3 电动缸的设计

3．2．4 旋转关节机构的设计

3．3 本章小结

第4章 行星滚柱丝杠副尺寸参数的确定

4．1 行星滚柱丝杠的结构

4．2 行星滚柱丝杠副的传动原理

4．3 行星滚柱丝杠副结构参数的初步选择

4．4 行星滚柱丝杠副相关尺寸参数的优化分析

4．4．1 设计变量的确定

4．4．2 目标函数的确定

4．4．3 约束条件的确定

4．4．4 建立优化数学模型

4．4．5 优化方法及结果

4．5 本章小结

第5章 平行四边形结构的动力学分析

5．1 平行四边形结构的速度分析

5．2 平行四边形结构的力学分析

5．3 本章小结

第6章 巡检机器人的运动学

6．1 机器人运动学的数学基础

6．1．1 机器人的位姿

6．1．2 直角变换及运算

6．1．3 齐次坐标变换

6．2 巡检机器人的正运动学

6．3 巡检机器人的逆运动学

6．4 巡检机器人的雅可比矩阵分析

6．5 巡检机器人的运动学仿真

6．6 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 本文总结

7．2 后续工作及展望

参考文献

致谢