巡线机器人伸缩挂臂设计 初稿.doc

巡线机器人伸缩挂臂设计 一、巡线机器人概述 （一）课题来源，重要性和意义 机器人技术的快速发展，为高压输电线路巡检工作提供了新的手段，应用智能机器人取代人工巡线不仅可以提高巡线的精度，也可以提高工作效率。 20世纪80年代末，日本，美国，加拿大等发达国家先后开展了巡线机器人的研究工作。但是，大部分巡线机器人只具备在直线段行走或能够跨越部分障碍的功能。 本课题研究的巡线机器人时在分析比较国内外几种巡线机器人的基础上，结合巡线机器人手臂动作的性能和要求，本设计主要目的是使其能够自主跨越输电线路上的所有障碍，完成巡线任务。 超高压输电线担负着我国电力传输的重任，它的安全直接关系到一个国家经济的稳定发展。目前，高压和超高压架空电力线路是长距离输配电力的主要方式，由于长期暴露在自然环境中，会承受到正常机械载荷和电力负载的内部压力，还要经受污秽，雷击，强风，滑坡，沉陷，鸟害等外界侵害。上述因素将会促使线路上各元件的老化，如不及时发现和消除，就可能发展成为各种故障，对电力系统的安全和稳定构成严重威胁。因此，线路巡检管理是有效保证输配电线路运行状况及周边环境的变化，及时发现设备缺陷和危机线路安全的隐患，提出具体检修意见，以便及时消除缺陷，预防事故发生，或将故障限制在最小范围，从而保证配电线路的安全和电力系统的稳定。 随着我国经济的高速发展，超高压大容量输电线路越建越多，线路走廊穿越的地形环境更加复杂，如经过大面积的水库，湖泊和崇山峻岭，给线路的维护带来很多困难。我国现又500kw超高压电线路约2.7万公里，为保证其安全可靠的运行，定期检测和维护十分必要，传统的巡检方法普遍采用人工巡检，每年的人力物力费用较高。而且在恶劣危险环境下工作给检测人员的检测工作带来一定困难。同时，消费者对电能的质量和可靠性要求也进一步提高，电力部门必然要加强对输电线路的巡检工作。这样势必更进一步加大巡线工人的劳动强度。因此，为了保证电力系统的可靠性，提高巡线的效率，巡线机器人就孕育而生。 由于巡线工作的重要性，只有采用先进的巡检方式和工具，才能有效的缩短巡检周期，及时发现存在的缺陷，有效地消除隐患，确保电力系统的安全稳定运行。巡检机器人的研究成为目前该领域的热点之一。而巡线机器人的爬行方式，机械手臂的设计更是其中的重点，如何有效快捷地越过障碍，完成手臂动作成为广泛研究的焦点。因此开展基于机器人技术的自动巡线机器人挂臂及其相关技术研究，不仅有重大的理论意义，而且有显著的社会及经济效益。 （二）巡线机器人的发展回顾与展望 巡线机器人的发展历史 巡线机器人的研究始于20世纪80年代末，日本，加拿大，美国等发达国家先后开展了巡线机器人的研究工作。 1988年，东京电力公司的Sawada等人研制了光线复合架空地线（OPGW）巡检移动机器人。该机器人利用一对驱动轮和一对夹持轮沿地线（OPGW）爬行，能跨越地线上防震锤，螺旋减震器等障碍物。遇到线塔时，机器人采用仿人攀援机理，先展开携带的弧形手臂，手臂两端勾住线塔两侧的地线，构成一个导轨，然后本体顺着导轨滑到线塔的另一侧；待机器人夹持轮抱紧线塔另一侧的地线后，将弧形手臂折叠收起，以备下次使用。 该机器人运动控制又粗略和精确定位两种模式，粗略控制时把线塔和地线的资料数据（线塔的高度，位置，地线长度，线路上附件数量等）预先编制好程序输入机器人，据此控制机器人的行走和避障。精确定位控制则根据传感器反馈信息进行控制。机器人携带的损伤探测单元采用涡流分析方法探测光纤复合架空地线（OPGW）铠装层的损伤情况，并把探测数据记录到磁带上。 美国TRC公司1989年研制了一台悬臂自治巡线机器人原型。他能沿架空导线长距离爬行，执行电晕损耗，绝缘子，结合点，压接头等视觉检查任务，对探测到的线路故障数据预处理后，传送给地面人员。当机器人遇到杆塔时，利用手臂采用仿人攀缘的方法从侧面越过杆塔。 1990年日本法政大学的Hideo Nakamura等人开发了电气列车馈电电缆巡检机器人。机器人采用多关节蛇形小车结构和“头部决策，尾部跟随”的仿生控制体系，以10cm/s的速度沿电缆平稳爬行，并能跨越分支线，绝缘子等障碍物。 该机器人由六对左右对称，互相连接的小车组成，每个单体小车有两个电机，一个用于行走驱动，另一个用于控制连接前后小车的旋转关节的关节角；左右小车采用具有自保功能的磁鎻连接。磁锁系统用永久磁铁将左右小车牢牢锁紧，使两车橡胶驱动轮抱住馈电电缆，由行走电机驱动沿电缆平稳爬行。当机器人遇到分支线，绝缘子等障碍物时，每对小车上磁锁系统中的电磁铁通电，顺次将磁锁打开，机器人再改变两侧旋转关节的关节角，使左右小车分开；小车依次通过障碍物后，控制两测旋转关节使左右小车合拢，电磁铁断电，磁锁再次锁紧，机器人回复正常行走状态。 国内关于架空电力线路巡线机器人研究