飞滑式输电线路巡线机器人控制系统研究与实现

摘要

电力线及杆塔附件长期暴露在野外,对输电线路的巡检和维护是电力系统安全运行的可靠保证。巡线机器人的研究和应用能切实保障输电线路巡检工作的质量,对提高电力企业安全生产的管理水平及创造更高的经济效益都具有重要意义。本文研究了一种飞滑式输电线巡检机器人,它是结合了现有的四旋翼飞行器与巡线机器人优点的具有飞行与线上滑行巡检功能的机器人。
　　首先,利用四旋翼飞行器作为基本结构,设计了悬挂杆、滑行动力装置等,实现了飞滑式巡线机器人基本模型机的设计。本文详细地分析飞行单元垂直升降、前后飞行、偏航等动作的基本原理;系统地设计了飞滑式巡线机器人的巡检流程:利用飞行单元飞至电力线附近,悬挂于电力线上,启动巡检设备电机,带动机器人进行线上巡检;在线上滑行过程中,遇到障碍时启动飞行单元飞行绕过障碍,再重新悬挂于电力线继续进行线上滑行巡检。
　　其次,根据飞滑式巡线机器人柔性接近电力线飞行需求的特点,研究了飞行控制算法,对PID控制器中的比例、积分、微分部分的作用进行了matlab仿真研究,分析比较了传统的PID和模糊PID特点,结果表明采用模糊PID,可缩短系统调节时间、有效抑制超调现象、实现柔性接近目标、提高系统的动态性能。
　　最后,本文以ARM系列处理器为中心控制芯片,结合加速度传感器、三轴陀螺仪、超声波传感器和红外传感器实现了飞滑式巡线机器人模型机的硬件电路设计,针对飞滑式巡线机器人动作要求,并且结合硬件电路,完成相关软件程序设计。构建完整的模型机,在实验室条件下验证了该系统的可行性。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究动态

1.3 论文工作介绍

第2章 飞滑式巡线机器人动作原理及控制算法研究

2.1 飞滑式巡线机器人巡线流程及飞行原理

2.2飞滑式巡线机器人飞行控制过程及算法基本原理

2.2.1常见的飞行器控制方法

2.3 飞滑式巡线机器人的模糊PID控制器构建和仿真

2.4 系统仿真

2.5本章小节

第3章 飞滑式巡线机器人硬件电路的设计

3.1 飞滑式巡线飞行器总体设计方案

3.2 ARM系列处理器的体系结构

3.3飞滑式巡线机器人主要硬件电路设计

3.4电机驱动

3.5本章总结

第4章 软件设计

4.1 飞行控制软件总体设计

4.2 线上避障控制总体设计

4.3本章总结

第5章 模型机实验测试

5.1电源供电调试

5.2飞行控制单元相关传感器测试

5.3巡线控制检测

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果