除冰机器人机构、控制设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985除冰机器人的设计摘 要如今对输电线路实施除冰是防止冰灾的有效途径，如何具体的除冰方法则应用了除冰机器人，除冰机器人造价低，工作效率高，安全可靠，能够实现在线除冰作业，不影响电力的输送，是一项很有发展前景的课题。目前机器人在高压输电线路上的应用主要是线路巡检。而对线路除冰的应用还鲜有研究。本文对除冰机器人本体设计、越障规划。主要研究内容如下。首先，在分析了输电线路结构和除冰作业要求的基础上，指出现有巡线机器人结构运用到除冰作业中的缺陷，设计了一种除冰机器人本体机构，并对其越障的动作进行了规划。所选的减速器和电机仍能满足要求，从而证明了除冰机器人的合理性，为了保证电力系统的可靠性，提高高压输电线除冰的效率，减少损失，维护工人的安全，开发一种可以替代或部分替代工人进行除冰作业的新型设备一直是国内外相关研究的热点。因此，研制安全有效的除冰机械以代替人进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义。关键词：除冰机器人；机构设计；电动机；越障规划买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985AbstractNow on the transmission line icing is to prevent the implementation of ice disaster in an effective way, how specific deicing method is applied the deicing robot, deicing robot has the advantages of low cost, high work efficiency, safety and reliability, can realize online deicing operation, does not affect the transmission of electricity, is a promising subject. The current robot on HV power transmission lines is mainly applied to transmission line inspection. On line deicing application is little research. The deicing robot design, planning, negotiation dynamics analysis are studied. The main research contents are as follows. Firstly, on the analysis of the transmission line structure and deicing operation on the basis of the requirements of inspection robot for power transmission lines, design a kind of deicing robot body mechanism, and the obstacle of action planning. improve the high voltage transmission line deicing efficiency, reduce the loss, maintain the safety of workers, the development of a replacement or partial replacement workers were deicing operation of new equipment has been in the domestic and foreign related research. Therefore, the development of safe and effective deicing machine to replace the human to lead deicing and has better application prospect and practical significanceKey words：Deicing robot; mechanism design; Motor; rigid-flexible coupling dynamics买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985目 录摘 要 .11 引言 .11.1 问题的提出及研究意义 .11.2 国内外研究现状 .11.3 工业机器人的发展史 .21.4 导线覆冰的原因 .32 高压输电线路的覆冰 .42.1 不规则覆冰和不同期脱冰 .42.2 除冰的方式方法 .42.3 输电线路的抗冰 .53 除冰机器人机构 .73.1 除冰机器人种类 .73.1.1 线缆除冰机器人 .73.1.2 可跨跃障碍多分裂机器人 .83.1.3 电力设施的微波除冰装置 .93.2 前端多环铣刀 .93.2.1 成型铣刀的结构参数 .103.2.2 成型铣刀截面的计算 .133.3 机械升降平台 .143.3.1 升降平台的机械结构形式 .143.3.2 升降平台零件设计 .153.4 电机的选择 .173.4.1 升降步进电机 .173.4.2 回转驱动电机 .194 控制系统的设计 .214.1 机器人的控制系统 .214.2 基于运动卡的控制系统的建立 .224.2.1 总体方案的确定 .224.2.2 机器人控制工作原理 .234.3 软件编程语言的特点 .244.4 指令系统 .244.5 运动控制程序运行过程的简介 .25参考文献 .26致 谢 .27买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 11970985买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098501 引言1.1 问题的提出及研究意义现如今西南的很多地方出现了连续的低温雨雪冰冻天气，并且遭受了很严重的冰雪灾害。国家减灾委员会专家已定性为：“西南地区发生的冰雪灾害，是世界上比较大面积、极端性气候事件，影响的地区人口之多是世界罕见的” 。冰灾造成中心的城区正值春节期间停电、停水很多天，交通、通讯、电视均出现不同程度的中断，然而有些城市则成为我国南方冰雪灾害最严重的地区。特别是电力系统遭受毁灭性重创，冰灾引起了倒塔,现场调查了湖南冰灾期间大于 220kV 输电线路的受损情况，发现倒塔线路覆冰厚度相对集中，同时微地形和微气象造成覆冰加重和覆冰的不均匀性，档距、塔形等对线路倒塔也存在影响。分析倒杆断线的形式认为覆冰太厚超过设计值、垂直荷载压垮和不平衡张力拉垮是造成线路倒塔。专家解说，高压线高高的钢塔在下雪天时，可以承受 2-3 倍的重量。但如果下雨凇，可能会承受 10-20 倍的电线重量。电线结冰，遇冷收缩，风吹引起震荡，就使电线不胜重荷而断裂。随着我国经济的高速发展，超高压大容量输电线很多，线路的穿越情况更加复杂，如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭，给线路维护带来很多困难。而且在严冬及初春季节，我国云贵高原一带及两湖地区常出现雾凇和雨凇现象，造成架空输电线路覆冰，使线路舞动、闪络、烧伤，甚至断线倒杆，使电网结构遭到破坏，安全运行受到严重威胁。在紧急情况下，寻道员用带电操作杆或其它类似的绝缘棒只能为很少的一部分覆冰线路除冰，人工除冰有很高的危险性。所以一种新型的而且方便安全的除冰方式的研究是迫在眉睫的。本次的设计题目就是关于高压电线的除冰机构的设计，最后能有效的消除冰雪天气对输电线的严重威胁，从而达到理想的效果。1.2 国内外研究现状在国外，一些国家的地理与气候情况与我国相似，甚至一些国家的情况更加恶劣，为了保证电力系统的可靠性，这些国家为了提高高压输电线除冰的效率，减少不必要的损失，维护工人的安全，开发了一种可以替代或部分替代工人进行除冰作业的新型设备。这种新型的设备的研究一直是国内外相关领域的热点。因此，研制安全有效的除冰机械以代替人为操作进行除冰具有较好的实用意义。而现如今全球气候正经历以变暖为主要特征的变化，气候变暖导致“厄尔尼诺”和“拉尼娜”等极端天气气候事件的频率与强度明显增加，因为输电线路所处地质条件复杂，容易遭受冰灾等极端天气的影响，所以国内外对已多次发生的输电线路冰灾事故进行了相关的研究。在国内袭击湖南的持续低温、雨雪、冰冻天气过程来临之前，湖南温度偏高、空气干燥。并且湖南东、南、西部三面环山，向中部、北部过渡为丘陵和平地，冷空气袭击湖南后，湖南降温迅速，加上湖南北低南高的地势使逆温层得以加强，地势陡增处南下冷空气因推进受阻而徘徊驻留，随着暖湿气流不断补充，易形成长时间降雨、买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709851冰冻，形成持续的雨凇。由于降温迅速，湘西高海拔山区和纬度较高的湘北地区地表气温低，但降水主要集中在湘南、湘中、湘东，且停留时间较长，导致湘南、湘中、湘东冰冻灾害强于湘北和湘西高海拔山区。湖南电网冰冻灾害是在大尺度天气形势控制下形成的，拉尼娜现象起到推波助浪的作用，冰冻灾害受损范围与程度具有较强的微地形影响特征。1.3工业机器人的发展史工业机器人的发展通常可规划分为三代：第一代工业机器人：通常是指目前国际上商品化与使用化的“可编程的工业机器人” ，又称“示教再现工业机器人” ，即为了让工业机器人完成某项作业，首先由操作者将完成该作业所需要的各种知识（如运动轨迹、作业条件、作业顺序和作业时间等） ，通过直接或间接手段，对工业机器人进行“示教” ，工业机器人将这些知识记忆下来后，即可根据“再现”指令，在一定精度范围内，忠实的重复再现各种被示教的动作。1962 年美国万能自动化公司的第一台 Unimate 工业机器人在美国通用汽车公司投入使用，标志着第一代工业机器人的诞生。第二代工业机器人：通常是指具有某种智能（如触觉、力觉、视觉等）功能的“智能机器人” 。即有传感器得到触觉、力觉和视觉等信息计算机处理后，控制机器人的操作机完成相应的适当操作。1982 年美国通用汽车在装配线上为工业机器人装备了视觉系统，从而宣布了新一代智能工业机器人的问世。第三代工业机器人：即所谓的“只治式工业机器人” 。它不仅具有感知功能，而且还有一定的决策及规划能力。第一代工业机器人目前仍处在实验室研究阶段。工业机器人经历了诞生-成长-成熟期后，已成为制造业中不可缺少的核心装备，世界上有约 75万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在个条生产线上，特种机器人作为机器人家族的后起之秀，由于其用途广泛而大有后来居上之势，仿人机器人、农业机器人、服务机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、娱乐机器人等各种用途发特种机器人纷纷面世，而且正以飞快的速度向实用化迈进。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约 200 台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求， “一客户，一次重新设计” ，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098521.4导线覆冰的原因影响导线覆冰因素很多，主要包括：气象条件、地理及地形条件、海拔高度、导线悬挂高度、导线直径、水滴直径、电场强度等。按不同的分类方法，导线覆冰类型可分为：（1）按冰的表现特性分为：雨凇、雾凇、混合凇、积雪和白霜等；雨凇是过冷却的降水碰到温度等于或低于 0的物体表面时所形成玻璃状的透明或无光泽的表面粗糙的冰覆盖层，其密度较大。雾凇则分为两种：一种是粒状雾凇，即过冷却雾滴碰到冷的物体后迅速结成粒状小冰块，其结构较为紧密；另一种是晶状雾凇，结构较松散，稍有震动就有脱落。混合凇是过冷却水滴在导线的迎风面形成的雨凇和雾凇混合冻结的不透明或半透明覆冰，黏附力较强。积雪为黏附在导线上的自然降雪，也有干、湿之分。干雪和湿雪的密度较小，粘附力较弱。白霜是由于空气中潮湿的原因所凝结而成的，这对于导线的威胁不是很大，但会增加输电线路的负载。冻雨覆冰形成的雨凇因密度大、附着力强，对架空输电线路的危害最大，南方的电力冰灾则主要由该原因造成的。（2）按冰的形成机理分为：降水覆冰、云中覆冰和升华覆冰。（3）按冰在导线上的横截面形状分为：圆形或椭圆形覆冰、翼型覆冰和新月形等，如图 1 所示。按冰在导线表面的增长过程可分为：干增长、湿增长。这种分类利于分析导线覆冰的形成机理及形成过程中的热平衡及热传递。雾淞和干雪是干增长覆冰过程，雨淞和湿雪是湿增长覆冰过程，而混合淞是介于二者间的一种覆冰过程。图 1-1导线覆冰截面图买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 1197098532 高压输电线路的覆冰2.1 不规则覆冰和不同期脱冰在高压电线路覆冰时，导线因为承受过重的荷载，导致导线和覆冰重量产生的拉力将通过导线、金具、绝缘子传递给杆塔，杆塔再传递给拉线，只要其中一个环节承受不住拉力，就将出现倒杆和断线事故。相邻档线路不均匀覆冰或不同期脱冰都会产生张力差，使导线在线夹内滑动，严重时将使导线外层铝线夹出口处全部断裂，造成线路的另一侧发生颈缩，拥挤在线夹附近。不均匀覆冰的张力差是静荷载，而不同期脱冰为动荷载，二者有所不同。其次，直线杆塔承受邻档的张力差，会使绝缘子串产生较大偏移，碰撞横担而造成损伤。再次，当张力差达到一定程度后，导线将碰撞拉线，从而电气的间隙将减小而烧断拉线，杆塔因失去拉线支持后倒塌。还有一种特别的形式极为冰闪，他是污闪的一种特殊形式。在绝缘线路严重覆冰时，大量伞形冰连接，导致泄漏的距离缩短，绝缘强度降低。在融冰过程中，冰体表面水膜因溶解污秽中的电解质而形成导电水膜，使得绝缘子串的电压分布发生畸变，在融冰时期常伴有大雾，使大气中的污秽微粒进一步增加融化冰水导电率，形成冰闪。冰闪的持续电弧将烧伤绝缘子，绝缘强度降低。最后由于覆冰形状的不对称，改变了导线的空气动力学特性。当风速达到一定的数值时，导线具有较好的空气动力性能，在风的激励下产生低频高幅振荡。轻者发生闪络、跳闸，重者发生金具及绝缘子损坏，导线断股、断线，杆塔倾斜、倒塌等电气事故。2.2除冰的方式方法使用机械外力手工或自动强制使覆冰脱落的除冰方法，称为机械除冰方法。研制机械除冰方法的历史远早于其他类型的除冰、防冰方法。机械法是针对输电线路的，滑轮辗压铲刮法和强力振动法，在当时滑轮辗压铲刮法并达到了当时所需求的实用水平。有一种人工的除冰方式是它需要线路操作者在现场执行。并且处理方法千变万化，包括敲打、撞击等。当线路停电，可以触及到冰时，可采用手工除冰，从地面向导线、避雷线抛掷短木棍将覆冰打掉，或用木棒、竹竿敲打。在线路带电时，应用与线路电压等级相符的绝缘棒敲打。此外，也可用木制套圈套在导线上，用绳子顺着导线拉，以消除覆冰，这种方法只是权宜之计，既不安全，又不十分有效，因此，很少有人推荐使用，如果要用，就得为这种方法制定标准的操作规则。为了能进一步的达到有高效而且安全的除冰方式，则由加拿大水电局研制的滑轮铲刮技术。这种技术是一种由地面操作人员拉动滑轮在线路上行走而铲除导线覆冰的技术，运用这种技术的除冰方法叫滑轮辗压铲刮法，滑轮辗压铲刮法已经在加拿大的使用了 50多年，是目前唯一可行的输电线路除冰的机械方法。它由滑轮、牵引绳及涂漆的胶合板或环氧树脂板等器件构成，加在滑轮上的力要足够让导线产生弯曲，这样，产生的应力才能使冰破裂脱落。如果在板的两边固定一把锯齿刀，则除冰效果更好，但拉扯时注意不要损伤导线、避雷线和绝缘子。滑轮铲刮法的最大优点是效果很快，且不需要特别的买文档送 CAD 图纸，Q 号交流 197216396 或 119709854设备和专家，简便易操作，耗能小，价格低廉，较为实用。但它也有缺点，那就是费时，安全性能不完善，且受地形限制。据统计，要对一公里长导线进行滚压除冰约需 2 小时的时间。在以后由于科技的发展和进步。加拿大的魁北克水电局则发明了一种电缆除冰装置。该装置包括一对导线，导线连接到电缆上，并沿电缆呈螺旋形缠绕，导线的一端连接到一个能在导线内产生电磁脉冲的脉冲发生装置上，另一端连接在一起构成封闭电路，依靠导线中电磁脉冲的通路，在导线之间产生推斥力，该推斥力振动导线，使导线上的覆冰振碎脱落，由于要求外加振动源及振动会促使线缆疲劳，因而难以在工程实际中应用。在随着电磁技术的发展，又研制出了基于机械振动与撞击原理的电磁力技术和电脉冲技术是为飞行器除冰。但是，由于电磁力或电脉冲可以使导线产生强烈而又在控制范围内的振动，所以二者也是架空线路易接受的除冰方法之一。最后这种电磁脉冲技术效率高而且方便，这种方法将是输电线路除冰最易接受的方法。美国堪萨斯州的州立大学也提出了电脉冲法除冰，即利用电容器组向线圈放电，由线圈产生强磁场，在置于线圈附近的导电板(即目标物)上产生一个幅值高、持续时间短的机械力，使冰破裂而脱落，但在线路融冰研究方面因技术不成熟和费用过高没有达到预期的目的。最后，另一种采用由电场或磁场力控制的柔韧性涂料机械方法仍处于设想阶段。然而，这些方法可作为验证其典型除冰方法的实验和研制的基础。但是并没有运用到实际的除冰操作中，所以要寻找一种实用并且普及的除冰方式至关重要。2.3输电线路的抗冰气象要素是确定在一定区域内能否形成导线覆冰、形成什么种类的覆冰和形成多大的导线覆冰的基本条件, 要有效地预防输电线路覆冰, 应该搜集分析本地区历年冰雪情资料, 积极开展冰雪情观测与预测工作。输电线路覆冰是一种地域性很强的自然现象, 气候起决定性的作用, 而且同一地区不同的微地形、微气候差别也很大, 使得输电线路走廊的覆冰因素千差万别。只有得到长期的详细的气象资料才能准确地把握输电线走廊的覆冰情况。新建线路的抗冰设计对于新建的输电线路, 要根据已掌握的气象资料, 合理划分冰区, 选取不同的设计冰