自主平衡式输电线路巡检机器人机械本体研究

摘要

采用高压和超高压架空电力线是长距离输送电力的主要方式。为了保证高压输电线路安全稳定的运行，必须定期对高压输电线进行巡检。移动机器人技术的发展，为架空电力线巡检提供了新的技术平台。近年来，输电线路巡检机器人的研究已成为机器人研究领域的研究热点之一。本文在分析国内外高压输电线路巡检机器人研究现状的基础上，提出了一种自主平衡式巡检机器人的本体结构，并对其进行了深入分析。
　　本文在结合国家863计划课题“110KV高压输电线路巡检机器人机械本体结构的研制”（项目编号:2002AA420110-4）的研究基础上，通过对原样机的试验与分析，提出了一种自主平衡式巡线机器人机械本体结构,完成了结构的详细设计，其设计内容包括前手臂、后手臂、中间臂、质心调节装置和控制电源箱等。
　　依据设计的机械本体结构建立了巡检机器人的运动结构简图。利用基于旋量理论的指数积法，对巡检机器人进行了运动学分析，给出了运动学方程的正、逆求解，并得出了机器人的速度雅可比矩阵。利用虚拟样机技术，完成了基于UG的三维建模，并将其导入ADAMS中，对巡检机器人越障的典型工况进行了运动学建模与仿真分析。结合巡检机器人的作业环境，针对刚性导线和柔性导线分别建立了多刚体、刚柔耦合两组模型，进行了沿直线段的动力学仿真，分析了机器人的动力学特性和影响作业不稳定的因素，为巡检机器人的优化设计提供了新的方法。
　　该机器人通过加工制造与装配，在实验室条件下进行了在线运行与调试。经实验证明：该机器人以控制箱为质心调节配重块，实现了机器人在线运行自主平衡的功能，并具有结构紧凑、体积小、重量轻、作业空间范围广等特点。

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1 绪 论

1.1 课题的来源及意义

1.2 高空输电线路巡检机器人的发展现状

1.3 巡检机器人运动学与动力学分析研究

1.4 课题主要研究内容和创新点

1.5 本章小结

2 机械本体的机构设计与三维建模

2.1 巡检机器人功能要求

2.2 巡检机器人机械本体的机构设计

2.3 巡检机器人驱动系统的选择

2.4 巡检机器人三维实体建模与优化

2.5 本章小结

3 巡检机器人运动学分析

3.1 引 言

3.2 运动学分析的数学基础

3.3 巡检机器人的运动学分析

3.4 巡检机器人的速度雅可比矩阵

3.5 本章小结

4 巡检机器人运动学仿真

4.1 运动学仿真的意义

4.2 ADAMS软件简介

4.3 巡检机器人的运动学建模

4.4 巡检机器人的越障过程规划

4.5 巡检机器人的运动学仿真

4.6 本章小结

5 巡检机器人动力学仿真与试验验证

5.1 引 言

5.2 多刚体巡检机器人动力学仿真

5.3 巡检机器人与柔性作业环境间耦合动力学建模

5.4 刚柔耦合动力学仿真及分析

5.5 试验验证

5.6 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况