除冰机器人机构的控制系统设计开题报告.doc

中国地质大学长城学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名李佰君学号05208338专业班级08机制三班指导教师杨义勇职称教授单位中国地质大学课题性质设计论文课题来源科研教学生产其它毕业设计（论文）题目除冰机器人机构的控制系统设计研究的目的及其意义随着现代科学技术的发展，机器人越来越广泛地应用在各行各业中。机器人的研究与应用水平己经成为一个国家经济实力和科技发展水平的重要标志。我国自1987年实施国家“863“高技术研究发展计划以来，就把智能机器人研究确立为自动化领域的主体之一。目前，开发输电线路机器人代替人工作业以提高除冰效率和维护人员安全以成为国内外研究的热点。然而在机器人研究领域并未出现与输电铁塔检测相关的成熟方案，落后的人工检测杆塔方法不仅危险性高，而且缺乏准确度，无法完全排除安全隐患。因此提出一款用于输电铁塔检测的机器人代替人工作业，以提高其工作效率，安全性和准确性就具有较好的应用前景和实用意义。本论文因此讨论一种安全有效的输电铁塔攀爬机构用于该类机器人的研究。国家电网的快速建设，超高压大容量输电线路的应用也越来多，然而电网线路所覆盖的地理环境极为复杂，常常经过人迹罕至的崇山峻岭，这就给输电线路维护上造成了很大的困难。特别是在寒冬腊月的时候，输电铁塔和输电线路往往出现结冰现象，极易发生输电铁塔倒塌和输电线路断裂，给国家电力系统带来极其严重的破坏，导致全国各地不同程度的大范围长时间的停电，严重影响人们的日常生活和企业的正常安全生产，直接或间接的给国家和人民带来无法估量的损失。目前已有各种类型的输电线路除冰机器人出现，用于除去高压输电线上覆盖的积冰，避免输电线路发生断裂。然而，无论是人工除冰还是机器人除冰都需要由电力人员爬上输电铁塔进行操作。因此输电铁塔在寒冷严酷的环境下是否出现了裂纹等安全隐患就关系到了维护人员和设备的安全问题。另外若输电铁塔出现隐患对于电网系统也是一个严重的威胁。基于上述情况，就有必要设计一款针对于输电铁塔的检测机器人用于输电铁塔的安全检测维护，以解决人工上塔探伤时危险性高、准确性低、劳动强度大、工作效率低的问题。从而确保人员和设备安全，保证电网安全，在灾害下挽救更多的国家财产，最大程度的减少损失。因此本论文在已发明的壁面攀爬检测机器人的基础上，提出一种用于输电铁塔检测的机器人代替人工作业，以提高其工作效率，安全性和准确性。研究现状目前，研究开发输电线路检测、除冰机器人已经成为了热点。国外发达国家相对来说起步较早，例如在20世纪80年代末,日本、美国、加拿大等发达国家先后开展了高压输电线路巡检机器人的研究工作。然而针对输电铁塔的检测机器人研究并不成熟。但国外的壁面攀爬机器人发展技术相对成熟，一些壁面攀爬机器人已应用在清洁窗户和墙面或用于检测侦查。如：1990年东京工业大学的広瀬茂男领导的研究小组在4足步行机器人的基础上开发NINJA系列4足壁面移动机器人。其中NINJA-II实现了地面至壁面、壁面至天花板、壁面至相邻壁面的移动过程，并对壁面移动机器人的特有步态壁面步态（WallGait）和控制方法进行深入研究。其后，该研究小组于1996年又开发了适应高速公路路基大角度护坡作业的移动机器人TITANVII，该机器人不仅实现了在土质护坡上行走的目标，还可完成打孔作业。上述步行式结构的壁面移动机器人具有越障能力强的特点，易于实现复杂的多组合面转换功能，但控制比较复杂。国内的机器人技术起步于上世纪80年代，技术水平较发达国家相对落后，在国家“863”高技术计划的支持下，国内的机器人发展技术较快。哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、上海交通大学在壁面移动机器人这一领域处于国内领先地位，许多科研单位也相继推出了各自的壁面清洗机器人。针对我国核工业发展的需要，哈尔滨工业大学机器人研究所自行设计并研制我国的第一台用于检查核废液储罐壁厚及焊缝的壁面爬行式遥控检查机器人，填补了国内的空白。随后，哈尔滨工业大学又相继研制出单吸盘真空吸附车轮行走式壁面攀爬机器人从国内外目前的研究成果来看，一般来说壁面移动机器人，不管其应用领域是什么，执行什么任务，都必须具有两个基本功能：壁面静态定位功能和移动功能。因此可以按照这两大基本功能进行分类。按吸附功能分，主要分为真空吸附、磁吸附两类。真空吸附的承载能力受真空发生装置所能达到的真空度和壁面环境的影响，通常承载能力不大。磁吸附法要求壁面必须是导磁材料，如钢铁表面等。这类机器人结构简单，吸附力远大于真空吸附。如推力式，仿壁虎足掌吸附等等，其中仿壁虎足是通过分子间的作用力来吸附的，能够不受壁面材料和表面状况的影响，代表了今后壁面移动机器人发展的方向，但目前仅处于初步研究阶段，离实用还有很长一段的距离。按运动方式分，可以分为连续移动和交替移动两大类。连续移动类机器人又可分为轮式和履带式两类。共同特点是使用轮子行走和转向，运动连续，移动速度快。缺点是一般需要在平面上行走，越障能力不强，不能实现壁面过渡，与真空吸附配合使用时，由于吸盘跟着一起运动，存在泄漏，因而负载能力有限。履带式更是结构复杂，转向不如轮式灵活。交替移动类机器人通常有两个或者多个吸盘，分为两组，一组吸附于壁面，另一组向行进方向移动一段距离然后吸附，再让前一组脱离吸附，往前移动。如此交替进行。其特点是越障能力比较强，负载能力也比较大。但移动速度缓慢。足式机器人，框架式机器人等均属于此类。其中足式机器人的腿从两条到八条甚至更多，每条腿都有多个自由度，因而需要很多的电机等驱动机，结构复杂，控制难度大。吸附方式与运动方式组合，可得各种机器人，如单吸盘轮式壁面机器人，足式磁吸附机器人等，需根据不同的使用场合选用吸附和移动方式。研究内容：第一：设计除冰机器人的控制系统。第二：除冰机器人在线缆上行走的运动形式和动力装置。第三：模拟除冰机器人的运动仿真。第四：除冰的机构在不同的冰层使整体除冰的效果保证最好。研究方案：基于冰层强度和温度的特殊环境下工作问题的考虑，在设计中应该选择合适的材料，这种材料不但具有较好的强度和刚度，更重要的是，能在较冷的环境下能稳定的工作而不至于是刀具损坏，从而达到较好的除冰效果，延长刀具的使用寿命，且具有较高的除冰效率。整体结构的设计也要尽量考虑合理安排动力的分配情况，在保证最好的除冰效果下，减少能量损失。同时要考虑机器本身对线缆造成的负担。要选取合适的装置功率，更加有效的提高除冰效率效率，而不至于使线缆因机器自身重量过大而造成破坏。在设计传动装置时也要对其功率和传动比进行校核。进度安排：2011年12月21日-31日，在指导教师指导下查阅资料，结合毕业设计课题进行外文资料阅读，并翻译外文资料；2012年1月1日-1月20日，向指导教师汇报开发设计进展、文献阅读情况，并撰写文献综述。完成文献综述、外文翻译的指导工作，将文献综述和外文翻译定稿交与指导老师。经指导教师审阅通过后着手毕业设计的绘图及设计说明的写作。2012年1月21日-3月6日，开始编写毕业设计工作计划，进入毕业设计的撰写阶段。在假期内利用电子邮件等方式与指导教师沟通，修改计划和设计，指导教师填写“指导记录表”。进入毕业设计绘图、实验、实习等阶段。2012年3月8日前，接受学院、系对开题报告、文献综述、外文译文的随机抽查。提交毕业设计工作计划，经指导教师审阅同意后实施。2012年3月9日3月31日，完成毕业设计雏形，并定期向指导教师汇报进度，听取指导教师的意见和指导。2012年4月1日4月15日，进入中期检查阶段，根据检查情况，填写“中期检查表”。2012年4月17日前，根据中国地质大学长城学院毕业设计（论文）撰写规范完成毕业设计的写作。参考文献：1王肖然.供电线路快速除冰方案J.发明与创新,2008年6月。.2李海，张吉等.架空高压输电线除冰机器人设计J.中国科技信息，2010年第19期。3王超，魏世明，廖启征.高压输电线上除冰机器人的系统设计J.机械工程与自动化，2010年2月。4缪思怡，孙炜，张海霞.基于小波矩的高压输电线路除冰机器人障碍智能视觉识别方法J，机器人，2010年5月5许冯平.关节式管外行走机器人运动学研究j.机械传动，2005，6（29）：22-24.6张家梁等.气动蠕动式缆索维护机器人的研制j.机器人，2000，9：397-401.7张家梁等.气动管外爬升机构的研究j.机械工程师，1997，7：7-8.8周成武，董继先.气动爬缆机械手的研究和设计j.陕西科技大学学报，2004，22：60-62.9毕道钦等.气动蠕动式管外爬行机器人的设计与实现j.机械制造，2005，3：38-40.10张家梁等.管外摩擦轮自爬升机构的研究j.现代机械，1999，3：32-33.指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意不同意教研室主任签名：年月日