【1703】高压输电线巡检机器人机械设计【机械类毕业设计论文范例】
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【1703】高压输电线巡检机器人机械设计【机械类毕业设计论文范例】,高压,输电线,巡检,机器人,机械设计,机械类,毕业设计,论文,范例
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打开时，请先将文件夹名称修改成英文然后复制放到桌面上新疆大学本科生毕业论文（设计）中期检查表 学生姓名 晁端阳 学院 班级 机械 13 指导 教师 张小栋 论文（设计）题目 高压输电线巡检机器人机械设计 已 完 成 的 任 务 1） 国内外研究现状分析 2） 毕业设计的研究内容及技术路线 的确定 3） 巡检机器人的工作原理分析 4） 巡检机器人的主体设计 5） 各零部件的确定 是 否 符合 任 务 书要 求进度 符合 尚 须 完 成 的 任 务 1） 运动分析与强度校核 2） 整体动画分析 3） 零件图 设计计算说明书一份（ 字左右）。 4）绘制零件图和装配图 能 否 按期 完 成 任务 能 存在的问题和解决办法 在设计中需要查找很多数据，有些数据很难找到，通过询问老师，跟老师进行讨论，得出数据。 填 表 人 晁端阳 日期 教研室主任签字： 教学副院长 新 疆 大 学 毕业论文（设计）任务书 班 级： 机械 13 姓 名： 晁端阳 论文（设计）题目： 高压输电线巡检机器人的机械设计 专 题： 要求完成的内容 : 1）调研快速 高压输电线巡检机器人 发展现状， 进行 工作环境和原理分析 ； 2） 逐步设计 巡检机器人的机械结构包括各个零部件的设计 ； 3）利用成 检机器人的机械结构 的所有零件建模及整机装配 4）进行机器人的运动分析和部分零件的强度校核 5)绘制完成 高压输电线巡检机器人的装配图 长） 1 张，零件图 3张； 6）毕业设计说明书一份（ 字左右）； 发题日期： 2017 年 01 月 05 日 完成日期： 2017 年 5 月 31 日 实习实训单位 ： 洛阳一拖集团公司 地点： 洛阳 论文页数： 53 页； 图纸张数 1 张， 2 张 指导教师 ： 教研室主任 ： 院长 （ 系主任 ）： 新疆大学毕业论文 (设计 ) 题 目 ： 高压输电线巡检机器人机械设计 指导老师： 张小栋 学生姓名： 晁端阳 所属院系： 机械工程学院 专 业： 机械工程 （矿山机电） 班 级： 机械 13成日期： 2017 年 05 月 31 日 高压输电线巡检机器人的 机械设计 学 院：机械工程学院 专 业：机械工程（矿山机电） 班 级： 13姓 名：晁端阳 指导教师： 张小栋 机械学院本科生毕业答辩 主要完成工作 分析巡检机器人的工作环境和原理 2. 写说明书 选题价值和意义 高压输电线是输送电力的主要设施，承担着电力的传送任务，是国家最重要的公共设施之一。 而高压输电线是暴露在外的金属线路，会受到诸如风吹日晒，雨雪侵蚀等自然损害。如果不及时发现和排除，很容易对电力系统造成伤害。 以往的高压线检测方式主要是人工检测或直升机检测，前者效率低后者成本大。所以将机器人技术应用到巡检线路上是符合现代化生产的选择。 国外研究现状 1988年 1988年 2001年 1988年 1991年 国内的研究现状 中科院所发明了一种三手臂的机器人 武汉大学研制的双臂式巡检机器人 优点：稳定，安全性高 优点：行动灵活，效率高 缺点：笨重，操控性差 缺点：活动范围小，作业面不足 巡检机器人设计的技术要求 机器人的结构紧凑 1 1 1 灵活的移动能力 2 丰富的越障功能 3 4 足够的承载空间 4 较小的总体质量 5 巡检机器人的方案确定 缆车形式的结构 摇摆臂式结构 手臂结构设计 巡检机器人三维模型 巡检机器人三维模型 巡检机器人的各零部件建模 巡检机器人的各零部件建模 巡检机器人的零部件设计 行驶路径的选择 以相线作为路径： 1 1 1 相线是输电线，质量比较好，比较粗，而且在相线上行驶机器人取电也比较方便，承载能力也很强。 缺点：线上复杂，有各种附属设备。 以地线作为路径： 1 1 2 地线上的线路情况比较简单，没有过多的附属设备。 缺点：不能直接取电。 最终选择及原因： 1 1 3 第一，地线在相线的上面，机器人的视野比较宽阔。 第二，没有过多的附属设备。机器人跨越的障碍物少。 第三，地线不是电线，避免了对输电线路的损伤。 高压线巡检机器人的运动分析 1 无障碍线路移动 1 小障碍的跨越运动 2 高压线巡检机器人的运动分析 大障碍物的跨越 3 视频分析 主要零部件的强度校核 丝 杆 的 校 核 1 1 1 丝杠承受负载的重量 2 3 4( + M ) = 3 0M M M K G丝杠平均工作载荷 m = u g = 0 . 0 0 5 3 0 1 0 = 1 . 5F M Nu 取 动摩擦） 计算载荷 Fc = 1 . 2 1 . 0 1 . 0 1 . 5 = 1 . 8F H K K F N载荷系数 取 荷系数 取 荷系数 取 算额定动载荷 3a 446 0 0 1 5 0 0 0= 1 . 8 1 4 . 71 . 6 7 1 0 1 . 6 7 1 0 N 主要零部件的强度校核 主要零部件的强度校核 主要零部件的强度校核 总结与展望 论文主要完成了如下研究工作： （ 1）在分析高压输电线所处环境和机器人作业内容的基础上，设计一种在地线上行走的三手臂机器人结构。巡检机器人的机械本体有着有多个活动关节可以保障机器人能够在线上顺利移动，跨越障碍，携带设备等工作任务。 （ 2）对机器人的作业环境和作业原理展开了详细分析，并针对不同的作业环境给出了不同的作业方式，从而为机器人的机械设计的进一步研究提供了依据。 （ 3）使用 用 论文主要完成了如下工作： 1 1 1 展望： 1 1 2 （ 1）机器人在结构设计方面还要提高和优化，机械结构的本体需要更加的紧凑、小巧、灵活。从而可以保护机器人本体受到的损害和腐蚀更小 （ 2）机器人研究的最终目的就是真正的代替人完成高压线的检测任务，在这个过程中要满足于防尘、防雨雪和电磁兼容的一体化设计。 目前的研究设计已为这些工作的开展打下了一定的基础，随着机器人各种性能的不断完善和人们对高压输电线路检测的机器人技术越来越强烈的要求，相信高压输电线巡检机器人的发展前景是很广阔的。 机械学院本科生毕业答辩 谢谢！ 请各位老师批评指正 新疆大学毕业论文（设计） 新疆大学毕业论文 (设计 ) 题 目： 高压输电线巡检机器人机械设计 指导老师： 张小栋 学生姓名： 晁端阳 所属院系： 机械工程学院 专 业： 机械工程 （矿山机电） 班 级： 机械 13成日期： 2017 年 05 月 31 日 新疆大学毕业论文（设计） 声明 郑重声明，本人 设计 的毕业论文高压输电线巡检机器人 的 机械设计 系 本人在张小栋老师指导下独立完成， 设计 中所引 述的其他学者 的无论以何种 行 式发表 的 内容或 研究成果， 本人都 在论文中 特 加说明。没有抄袭、剽窃他人成果，由此造成的一切后果由本人负责。 学生签名： 年 月 日 新疆大学毕业论文（设计） 新 疆 大 学 毕业论文（设计）任务书 班 级： 机械 13 姓 名： 晁端阳 论文（设计）题目： 高压输电线巡检机器人的机械设计 专 题： 要求完成的内容 : 1）调研快速 高压输电线巡检机器人 发展现状， 进行 工作环境和原理分析 ； 2） 逐步设计 巡检机器人的机械结构包括各个零部件的设计 ； 3）利用成 检机器人的机械结构 的所有零件建模及整机装配 4）进行机器人的运动分析和部分零件的强度校核 5)绘制完成 高压输电线巡检机器人的装配图 长） 1 张，零件图 3张； 6）毕业设计说明书一份（ 字左右）； 发题日期： 2017 年 01 月 05 日 完成日期： 2017 年 5 月 31 日 实习实训单位 ： 洛阳一拖集团公司 地点： 洛阳 论文页数： 53 页； 图纸张数 1 张， 2 张 指 导 教 师 ： 教研室主任 ： 院长 （ 系主任 ）： 新疆大学毕业论文（设计） I 摘要 随着机器人 的研发 和 应用范围逐渐扩大 ， 将 机器人技术 使 用于 高压 线的 普通检测 和 修护 受到 技术 学者的 学习和研究。 巡检机器人在复杂的 输电线背景 下完成 检线 任务，要具 有 自主完成跨越线路 上的 各种障碍能力。 因此， 巡检机器人的本体 结构 决定 着巡检机器人的 现实功能 ， 也是决定着 巡检机器人 实用性和便捷性的关键技术之一。 所以 本 文 对 国外和国内刊登 的巡检机器人的机械结构进行了 汇总描述 ， 并在熟悉他们的研究后研究出 了 创新型 的 检线 机器人的 本体 结构 ，本论文以输电线的相线为工作途径，使用三手臂加单独总体箱的形式，机器通过机械臂手轮抓结构悬吊于线路上，可以根据相线的线路实体，选择滚动的轮子为行驶方式或者递进爬行方式实现在线路上移动，遇到线路上的异物时，也可通过三手臂的相互交换运动越过障碍物，继续前行。 本论文采用了双臂在一侧的悬挂是本论文设计的另一特点，因此在工作时可将机器人悬挂于线路一侧，避免了线路上其他的设施对机器人线上作业进行阻扰。本设计所述巡检机器人本体结构较简单明了，容易实施操控 和使用，对线路工作的具体实施环境具有很好的能力去适应。 关键词： 高压输电线；巡检机器人；越障；强度校核；机械手臂； 新疆大学毕业论文（设计） of is in by to in to of on of s a of of is So of in of of in of of in to of on of or on is of is on of so be on of to of to of is to on a to 疆大学毕业论文（设计） 录 第一章 绪论 . 1 计的背景和意义 . 1 内外研究现状分析 . 1 内的发展状况 . 4 器人本体结构需要解决的一些关键问题 . 6 文的主要研究内容 . 7 第二章巡检机器人的工作环境和原理分析 . 7 压输电线的特点和组成 . 8 压输电线路的特点 . 8 压输电线路的组成 . 8 压输电线的巡检内容 及原理 . 10 压线巡检机器人的设计要求 . 12 检机器人整体设计方案的 选择 . 12 章 总结 . 15 第三章 高压线巡检机器人 的结构设计 . 16 检机器人整体设计方案的 选择 . 16 性臂 . 17 动部件的选择 . 19 直导轨步进电机的计算选型 . 20 要部件的设计 . 21 轮部分 . 21 手腕 部分 . 22 掌 部分 . 23 臂部分 . 23 臂部分 . 24 体 部分 . 25 子开合轴 . 26 腕部分 . 26 杆部分 . 27 体三维设计图 . 28 章 总结 . 30 第四章 高压线巡检机器人 运动分析和强度校核 . 31 检机器人沿线爬行的运动分析 . 31 新疆大学毕业论文（设计） 压线巡检机器人越障作业的运动分析 . 31 越防震锤的运动分析 . 32 臂转动 的运动分析 . 34 要零部件的 强度校核 . 36 杆的强度校核 . 36 轮的 校核 . 37 臂 的强度校核 . 39 第五章 总结与展望 . 41 文的主要工作和结论 . 41 望 . 41 致谢 . 43 参考文献 . 44 新疆大学毕业论文（设计） 1 第一章 绪论 计的背景和意义 高压输电线 作为输电的主体设施，在国家的公共设施和社会生活发展中起着主要作用，承担着电力的传送任务，因为高压输电线是暴露在外的金属制成的线路，不断收到环境或者人类生活的损害，因为经常裸露在自然环境中，很容易造成各种故障，如果来不及发现和排除，很容易对电力系统造成伤害。所以为了保证输电线路安全和稳定的运行，对输电线路进行定期的巡查是很必要的。 以往 的 检线形式 有 人在地面上检测或通过直升机在空中检测 ， 这些检测方法 效率 不高 、 也不可靠 、 工作内容不足而且费用高 。 而机器人技术很巧妙地解决了这个棘手的问题。把巡检机器人应用于高压输电线 路的巡检作业，是一种符合现代化作业需求的方案。高压线巡检机器人在检测高压输电线的工作中有着很大的优势，这个设计为检测高压线提出了人工智能化的机器设计，代替检测员对线路进行普通的检查和修复，从而减少检线工作的任务，也可以减少巡检的成本，并且能显著提高检测的可靠性，也提高作业的安全性，从而提高输电线的日常检测和修复的 水平 【 1】 。将机器人用于巡检机器人可以近距离作业 . 作为巡检机器人最重要的部分，机器人的机械结构决定着机器人的性能。高压输电线巡检机器人复杂的工作环和工作内容对机器人的机械结构有着很高 的要求。机器人 要跨越高压线上的各种障碍物并带着仪器进行检测，机械结构决定着机器人的行走方式，储存空间，抗压能力，检测方式等等。所以机器人的机械结构也是近几年来国内外研究的热点。 内外研究现状分析 外籍中 对高压输电线路巡检机器人的 探讨开 始于 十九世纪八十年代。有西方的发达 国家展开了对高压输电线路机器人的 探讨 。 1998 年，日本电气公司 工作的巡检机器人 【 5】 见图 1个机器人使用两个轮子，使用双轮 同时行走 的本体 实现 工作和在线路上行驶 ，这种机器人 本体 机构驱动力矩大。 能 沿地线爬行，如果遇到线塔等异物时，该机器可以用像弓一样搞得结构，在没有人干扰情况下，能够实现自己越障。这个机器人很重，结构也比较大。而且，该机器人将检测到的数据记录在磁盘上，不利于储存，巡检完固定距离线路后就要停止工作记录数据，实际操作受到限制。 1988 年，由日本 司的 人发明的由多个单位组成的机器人 【 6】 。此机器人使用多个单位和“前部决定，后部跟随” 的操控方式方式，几个具有伸降臂加轮子的单元组成机体，由转动环节接通每个单元，整个机器人 看起来像一个 蛇的机体，如图 1示，通过巡检机器人机械体上的传感器，可新疆大学毕业论文（设计） 2 自动跨越线路上的障碍物，该机器人能够摄像出周围的情况 【 26】 ，并能具有多点和较为复杂的输电线上工作。 该机器人有 多个单位 组 接 而成，每个小车自 己具备动理力轮 ， 由 各个小车 自己的运动加上与其他车体的运动进而组合运动 。 图 1检机器人 1形 巡检机器人 1-2 加拿大 的亏北河电器工作室 人在 2001 年开始 控车 【 8】 的发明工作，如图 1系统开始的时用在扫除线路上的积雪，慢慢普及为用于输电线的检查和修复。 2003 年由巴巴西啦思大学的 人共同发明的一个检线机构 【 13】 如图 1机器人使用轮转机构，通过放置其他附属设施，能够在线路上去除障碍物，安装放学求等。但是这两个新疆大学毕业论文（设计） 3 机构都有一个缺点。那就是不具有越障功能，而且只能在两塔之间的线路上活动，所以他们的其应用范围受到限制。 图 1控小车 1988 年美国 构发明了如下机器人 5，如图 1示。 该机器人用爬的方式进行作业，通过中间手臂悬吊，两侧手臂协调爬动实现行走，并且带着其他的设备进行检查和维护等相应工作 ， 包括线路检测，绝缘锤检查，障碍去除等。但时该机器人因受结构的限制，只能以仿生的运动方式进行工作，工作范围有限。 图 1国 臂式巡检机器人 im 991 年 日本 发的 的 电力巡检输送器使用了独立车体结构 ，如图 1计） 4 所示 【 4】 。能够在地面人员的 操控 下，沿电力线行走，将获取的数 字 和图片资料存在数据记录器中 ，而且能用机构里面的探测器进行损伤的检测，并且记录具体的位置，而工作人员可根据传回来的数据进行分析和处理，如需处理里面有足够多的信息和地理位置，处理起来很方便 。 但是这个类似探测器的机构不具备在线行驶和跨越障碍的能力，所以他的实用性受到限制。不过这个设计获得了很多奖项。 图 1本 司生产的巡检机器人 西米 的那思 大学 于 2003 年 由 明了如下机器人 ，如图1示 【 23】 。 这个机器人采用一个单独的机构加上其他不同的附属设备，可在线进行线路检测，障碍物的跨越和记录线路上的不同情况，可根据不同的环境启用不同的设备完成不同的功能。 但 是 这种机器人也不具有越障功能， 所以作业区域比较狭窄，而且只能在短距离进行检测，现实工作受到限制。 图 1警球安装作业机器人 of 内的发展状况 新疆大学毕业论文（设计） 5 我 国 国 内对 于 巡检机器人的研究起步相比于国外较晚，开展 相应的 研究 所 也并 不多。 在二十世纪 末， 我国国内的一些大学进行了相应工作的开展 ， 而且初具雏形，并且将很多实验室研究出来的样机在现实生活中进行了实用 。 有些学校开张的比较早，比如山东大学的武汉大学很早的进行了高压输电线的研究工作 。 受到国家的相关奖励政策 ， 很多机构积极地相应，快速地进行了相关工作。 武汉大学 和 中科院沈阳自动化所 ， 山东大学 和河南电气机构几乎同时进行了相关工作。 自 隶属于中科院的 动化研究所 发明了一种三个手臂的机械机构 ， 而且和山东大学共同研发所成， 如图 112】 ， 它能够在线上完成必备的巡检工作，可以越过线路上的障碍物，并且可以将巡检到的内容传回地面，进行操控表。但这个机器人结构复杂，也比较重，行动笨重，不易于操控。 武汉大学设计的巡检机器人有两个巡检机械手臂，直接连到控制箱，可快速的传播信息。 如图 14】 ，可 通过 臂上的滚轮在线路上 行走 ， 而且能满足线上的越障能力 ， 而且行动灵敏，效率快，操控方便。但是该机器人在相线上行驶 ，而相线上的行动很复杂，机器人在行动过程中遇到比较多的困难，在相线上的行驶不如地线的方便，因为相线带电，线路复杂，并且机器人在相线上行驶安全性不高。所以该机器人的使用范围不广 【 14】 。 图 1东大学研制的三臂式巡检机器人机械结构 a 疆大学毕业论文（设计） 6 图 1汉大学研制的双臂式巡检机器人的机械结构 by 上所述， 上面的多个设计都是采取相线上运动的方式，而与机器人在地线上行驶相比，机构在 相线 上 的作 的工作形式 存在以下问题： （ 1） 相线上带电，机器人行使比较危险。 （ 2） 巡检机器人的巡检范围比较小，很多方向的检测不到位。 （ 3） 相线上带电，机器人在相线上行驶，产生的热量较大，机体温度较多、大，长时间行驶时，对机体的损耗较大。 （ 4） 在风雨雷电的情况下，相线容易放电，机器人在相线上时 比较危险。 器人本体结构需要解决的一些关键问题 由于 巡检机器人研究的不断 发展 ，人们对机器人的 机械 结构设计必然会提出更高的要求，主要 是 轻量化、操作简单化 并且具有 越障高效 的功能 。 （ 1） 体积简化，决定着机体 重量的 部分 有： 机体的大小和本体 结构等。 所以机器人设计中应该在满足机器人性能的基础上，尽量减少其尺寸，并且有着简易的结构，从而满足轻量化的要求。 （ 2） 操作简单，执行效率高；在机器人的设计中在满足性能的技术上要尽量减少操作方式，使其便于操作，因为在复杂的高压输电环境下过多的操控会降低机器人的效率，所以 需要 尽量使机体简化 ，选择 简易的本体结构可以 实现其 敏 、高效率的越障 能力 。 新疆大学毕业论文（设计） 7 文的主要研究内容 根据上文的引述，本设计提出了一种新型的机器结构，此机构在地线上行驶，并且可以完成高压输电线上的日常巡检任务 ， 其 主要工作分为以下几个方面： （ 1）讨论国内外现有的研究成果， 并且 分析存在的优点和不足， 以及 论述本次设计的意义和目的。 （ 2） 简述 高压输电线路的特点 与 组成， 清晰 分析 出 高压输电线路障碍物的结构 类型和特点 。并且分析巡检间机器人的工作原理、 巡检机器人巡检越障作业特点和设计要求， 从而 为机器人的本体结构设计做准备。 （ 3）比较现有 的 设计方案的基础，提出并设计一种新的机器人 的机械结构 ，以 适 应 高压线地线作业环境 。 从 开始 的机构简图到具体的运动机构，并 清晰讲 述此 机器人 机械 机构主要部件的 零部件 和功能作用 。能够 利用 术给出机器人的三维实体模型和零件图，并 且 对机器人巡检作业和越障过程予以规划和分析。 （ 4）进行巡检机器人主要零部件的静力学分析和强度校核以及其运动学。 （ 5）整体动画分析并 总结当前的主要工作，分析不足，并对进一步的设计工作提出展望。 第二章巡检机器人的工作环境和原理分析 序言： 新疆大学毕业论文（设计） 8 研究高压输电线巡检机器人的工作环境是机器人设计的基础，分析巡检机器人的工作原理是机器人设计的核心。巡检机器人在野外工作，工作环境复杂多变，与之相应的要有缜密的原理分析，本章将就巡检机器人的工作环境和工作原理进行研究。 压输电线的特点和组成 压输电线路的特点 熟悉并了解 高压输电线 路 的特点和组成 才能更好地 设计巡线机器人 机械 结构。 现实中我国高压输电线的电压主要有 ； 102510023030050其中以 100上的电压为主 【 23】 ， 其具有成本高，应用范围广，工程的任务重，而且在日常中，这些线路都裸露在自然环境中，很容易受到日积月累的风吹雨淋和雨雪的侵害，这些容易使高压输电线造成故障，从而为输电带来麻烦。这样的影响决定着人的生活用电和工业用电。对这些问题的及时检测和维修，能最大程度的保障日常生活的用电需求，所以是很有必要的。 高压输电线 路 主要有以下特点： （ 1） 新疆的地理环 境复杂，气候恶劣， 输电线路 必须 穿过许多地质条件 各异 的地区，其地理环境 和 气象等条件 相对 比较复杂，地质条件变化 很 大。 （ 2） 高压输电线的所在环境复杂，在荒野外，范围广定点多，线路长，这些因素导致高压线很容易受到自然环境的侵害，从而导致输电障碍。 （ 3） 我国 输电线路对于国民经济 是 至关重要 的 ，尤其超高压电力线路关系到 一个地区的国防 、 工业 、人民生活 的用电安全， 因此绝 不能出现事故， 并且 在工程地质上对其稳定性有 更 高的要求。 压输电线路的组成 高压输电线路主要 构成 有： 基础组成有比如由混凝土以及与其混合而成的底盘。输电线有相线，地线，还有避免遭受雷电的线路等等。 电 线 杆 由 水泥杆、金属杆、及铁塔、绝缘子串 和 各种金具等 。这些零部件构成完整的输电线， 这些 部件 有机的 组 成了高压输电线路 【 12】 。 导线用于传送电流 ； 将电流引入大地的叫做避雷线，通过这种形式使 线路 保护线路从而避免遭到损害 ；杆塔 是支撑诸如导线和相线以及地线，而且使上述这些线路保持距离，以及使导线和周围的地面，树木，公路水面，房屋等，保持安全距离。而绝缘子的作用是时杆塔和输电线之间保持绝对的安全距离 ； 110上的 超 高压输电线路 的架空高度一般在 30 米左右 。两个塔的距离一般在 300 到 500 米，一些复杂的地理环境，塔尖距离根据情况调整随时都有转换线路方向或者跳线等问题。而且相线上的其他设备也比较。 ，如图 22示。 新疆大学毕业论文（设计） 9 图 2压输电线路组成 2输电线路的主要元器件 he of 为有高压 电流通过相线 ， 所以为了输电安全 ， 相线要和周围的设施保持相应的距离，高压线路和周围的设施保持的最短间距 见表 2此，出于安全考虑， 机器人的尺寸不能太大 。 而且考虑到线路的增重变形，机器人也不能太重 【 23】 。 表 2电体与塔架最小间距 【 2】 （米） m） 新疆大学毕业论文（设计） 10 压输电线的巡检内容 及原理 巡 检工作是 输电线路 检修维护 的 重要 内容， 涉及到线路的安全 ， 在日常对线路的总体工作重占主导地位，如果线路的巡检没有到位，马虎大意，有些问题没有发现，不仅耽误了线路的检修维护工作，而且还会使输电工作不能满足日常需需求，更有造成重大电力灾害的可能，威胁到人身安全。 使线路设备运行、维护以及 管理工作 滞后 ，安全运行水平降低 。 能够使线路产生故障的原因繁多，比如输电线的有些部分长时间不用老化，而所处的环境又不断变化，这些都有可能导致障碍的出现。所以 ， 高压 输电线路的 作业 内容主要有以下几个方面： （ 1） 沿线巡视有没有影响或者妨碍线路的其他物体，例如积雪，天线或附近居民堆积的一些农作 物和比较高的树木等 。 （ 2） 有时候塔杆会倾斜，所以要检测 杆塔 的倾斜程度，幅度不能太大。构成塔架的混凝土有的会被腐蚀，根据资料，也不能能超过 且不能让太多的金属裸露在外，而有些特制的 木杆 也要进行进水 腐朽 检测 ， 木杆的根部也要防水处理。 （ 3） 各类输电线有没有断股的问题 、 或者接头处有没有发热和放电的情况 ，而位于 杆塔 的 绝缘子 不能倾斜程度太大，一般 不得 超过 15。 （ 4） 线路上的断路器安装牢靠与否，是否变形 ， 一些 标志指示 能不能明显看出 ； 输电线上的 瓷件有 没有开裂露出金属，从而有漏电放电的可能。各种线路之间距离是否合适，对周围物体是否有安全距离。 （ 5） 用于避雷的装置是否受损，避雷器的保护套有没有受损 ； 以及用于 接地 的 装置 是否裸露 ，或 者放电可能 ， 各个连引线有没有受损 ，接地引线是否 完整 ，特别是 是防雷 线与输电线之间的距离是否在安全范围之内等 。 机器人在现实中工作有以下两个阶段 ： 在线上无障碍前进，在线上越障行驶。前者比较简单，沿线行驶即可，一般在坡度不是很大的路段上，可通过滚动的滚轮实现对速度的控制，这一阶段运行耗能也少。当坡度大时，三个机械手协调运动，采用类 似蛇形一样爬行，两臂固定，第三臂运动，三臂相互协调，交替运动。第二个阶段，碰到比较小的障碍物，可通过小臂仰俯运动，使轮子抬高从而越障，碰到比较大的障碍物时，则需要固定前臂，然后后面两个手臂脱线，绕着前臂定轴转动，转过障碍物后重新悬挂在线上 。 巡检机器人必须要能够满足在线上工作的需求，也要使保障工作安全。机器人工作时可以调节相关部件从而满足工作需求，所以 在此过程中执行各种动作 时 ，应避免出现以下情况： （ 1） 巡检机器人在正常行驶时，主要靠轮子的滚动，高压线摩擦系数不高，所以不能使轮子打滑，从而导致机体不能正常运动。 新疆大学毕业论文（设计） 11 （ 2） 巡检机器人的固定轮必须有力，在行驶中能够抓紧线防止脱落。 （ 3） 巡检机器人在正常工作时，要与输电线或者线路上的其他设备保持一定的安全距离，防止碰撞。 图 2压线巡检机器人的作业环境 s 文中 高压 巡线机器人的工作原理和过程 可概括 为： 1) 机器人上线； 2) 巡检机器人主体箱中的控制器接到工作命令时，驱动主体沿地线行驶 ； 3) 巡线机器人 在没有障碍的路段行驶时主要靠滚轮滚动的方式驱动。在前进的过程中，要检测前方可能遇到的障碍物，并对障碍物通过摄像机拍摄，拍摄后将机体的运动状态位置和障碍物的情况传输到地面的控制基地，从而决定机器人如何应对 ； 4) 在机器人行驶过程中遇到比较小的障碍物时，因为轮子采用中空设计，轮子下方留有一定的空间，可通过小臂仰俯运动抬高轮子从而使机器人越过障碍物继续行驶。 5) 当巡检机器人检测到比较大的障碍物时，上升轮子不能满足要求，此 时控制器就会驱动小臂仰俯运动使前臂上升，此过程跟遇到较小的障碍物一样，上升到最大高度是，打开轮子的开合装置，是轮子两边打开，这样可以形成很大的空间提供越障。前臂通过障碍物后，继续前进，中间手臂遇到障碍物，因为中间手臂不能上升，只能打开，从而越过障碍。在第三个机械臂运动到障碍物时跟前手臂遇到障碍物一样，可以上升然后打开开合装置，从而越障。越过障碍物后重新挂线，继续行驶； 6) 有些障碍物，比如及较大的悬线锤，小臂的上升加上手掌开合也不能满新疆大学毕业论文（设计） 12 足越障，此时只能通过第三种方式。第一个手臂遇到障碍物时，尽可能靠近，然后 固定住。后面两个轮子打开，脱落，整个机体靠前臂的抓紧固定在线上，然后通过前臂的定轴转动，使机体绕着前臂进行定轴转动，旋转过障碍物 【 23】 。旋转过障碍物后，后面两只手臂重新挂线，从而实现对障碍物的跨越。 压线巡检机器人的设计要求 通过 上文 对高压输电线路 的分析 和 对 巡检机器人作业环境的分析，对巡检机器人的 机械 机构的设计提出了 如下 要求： （ 1）高压线巡检机器人的 本体 结构和重量 因为巡检机器人在输电线上行驶，这种特殊的行驶载体，对其重量有很高的要求。因为机器人的重量和一些附属装备的重量都由高压线承担，而线路的承载能力肯定是有限的，查阅相关资料可得 ， 高压输电线的承载能力大约在 200当然 ，机器人本体的重量应 远不及 这个标准。 （ 2） 巡检机器人本体机构的相关功能和技术要求 机器人的本体机械设计决定着巡检机器人如何在巡检工作中运动，是适应高压输电线巡检环境和巡检人物的关键，为了满足实际要求，对机器人提出以下要求 ： 1）移动能力： 无论是在平缓的线路还是有坡度的线路，机器人都要有精 确地移动位置，稳定的移动能力，并且能够保证移动的安全性，这是机器人最基本的能力 。 3）越障能力： 线路上有各种各样的障碍物，所以越障能力是机器人优越性的考量标准，也是实际作业的必然要求。所以说设计的机器人应该具有跨越一般障碍物的功能，是机器人顺利行驶。 4）承载能力： 机器人的运行方式是悬挂在线上，而且有其他的附属设备，所以机器人必须要有相应的承载能力。有足够的空间和能力来携带相关设备。 检机器人整体设计方案的 选择 （ 1）缆车式结构的设计方案 因为高压线路本身的性质决定了输电线有相应的承载能力，所以巡检 机器人就可以直接在线路上行驶。而绝大部分线路上是没有障碍物的 【 14】 ，所以参考资料中 可采用如图 2示的 独立 缆车 的机构设计 ， 滚轮悬挂在线路上承载机体，而控制箱携带相应的设备。行动的时候通过滚轮滚动前进。通过控制箱里面的相应设备完成线路检测，障碍物预警，线路信息传回等工作。最早的巡检机器人也是如此，但是类似这种设计没有越障能力，越到障碍物无法跨越，所以只能短线行驶，在两塔之间行驶，起作业范围有限，其实用性受到限制。 新疆大学毕业论文（设计） 13 图 2车形式的结构 of 2）多自由度仿生手臂的设计方案 在上述方案的基础上，为满足机器人在线路上的各种作业需求，在的沿线作业的基础上增加了越障功能。越障功能的实现依靠多个手臂和手抓机构来执行，并且有相应的辅助机构， 参考文献 10中 提 有一种这样的设计 ， 这种设计的 机器人在两个手臂上设计 两个转动关节 和一个可以直线活动的关节，而通过机械臂末端的手抓悬挂在线路上。当机器人遇到障碍物时，一个手抓固定，另一个手抓脱落线路后通过相关部件的协调运动来实现跨越， 如图 2示。这种设计方案 能够越过线路上的一般障碍物 【 22】 ，缺点是，在越障的过程中机器然不太稳定，一个手臂抓线时集体容易出现偏差，对这个缺点的改进可以通过增加手臂上的腕关节，如图 2示。 这样改进后。机器人在运动中具有了良好的稳定性。 上述两种设计 均使用了通过手臂摆动的方式实现运动，而手臂本身通过转动关节运动，缺点是手臂的运动范围不足，在实际的工作中应用范围有限， 不 太方便作业， 而且在行驶时，手臂的转动关节承重过大，这样就使得手臂的设计要求很高，不容易实现。 新疆大学毕业论文（设计） 14 图 2动臂式的手臂设计方案 2进后的摆动臂式的手臂设计方案 虑到上述两种方案的优缺点，和实际的要求， 本文提出了 如下的设计方案，高压 输电线路 复杂，跨度较大，线路上有各种各样的障碍物，线路也具有一定的坡度和转弯等。考虑到这些需要克服的困难， 为了达到 相应的 要求， 安装在机器人本体上的机械手臂必须灵敏而且多变，从而应对不同的线路情况。其工作范围也要满足实际要求。 能完成 必备 的 相应 动作，应有自由度 四到五个 个， 尺寸适中，质量不大。所以 我 参考了已有的机器人结构 ， 摒弃其缺点，保有其长处， 设计出了适用于 500电线路 以下 的 高压输电线巡检机器人。 其总体机构 三 维 图 示。 机器人的主要组成有 ： 机械手臂（大臂、小臂） 、 手腕手掌、驱动轮、传动丝杠、主体箱等 。 新疆大学毕业论文（设计） 15 图 2巡线机器人三维图 章 总结 高压输电线是 如 今社会经济的 主要 生命线，对 输电线 有效的巡查 以及 监督是电力部门 首要 任务之一。 而 了解 高压 输电线的组成对机器人的设计起着 尤为 重要的 作用， 在高压线上，高压线的其他设备会对机器人的在线行驶进行阻碍。所以机器人在越障过程中，要考虑到这些障碍物的结构和特点。在行驶的过程中能够顺利跨越障碍物，并且保证安全和效率是设计巡检机器人的基本要求。 本章在主要分析了巡检机器人的工作环境即高压输电线的组成和所处的环境，并对相应的运动原理进行了简单分析。提出了两种简单的方案设计，并给出了总体的设计三维简图。 新疆大学毕业论文（设计） 16 第三章 高压线巡检机器人 的结构设计 序言： 在分析了巡检机器人的工作环境和工作内容以及工作原理的基础上，需要进一步对机器人的机构进行细致的分析，包括每一个零部件的设计，包括机械手臂，滚动轮，控制箱等主体设计。并用 出机器人的三维建模。 检机器人整体设计方案的 选择 （ 1）巡检机器人悬挂结构的设计方案 巡检机器人的手臂在行驶路径的同一侧或者两侧，通过对称悬挂的方式在线上行驶。机器人的结构也是对称的，这样的稳定性比较好，也给机器人的设计提出了一些参考。但是这样的设计也有缺点，那就是行驶时容易受到线路的影响，因为悬挂在线路一侧时，一侧临近塔架一侧远离塔架，所以这种悬挂方式会受到塔架的影响，在靠近塔架的活动范围比较受限 。 本设计的机器人 方案 也是采用了同一侧悬挂的方式， 如图 3示。如果在结构设计时遵循一定要求、保证结构稳定性的前提下，单侧悬挂的结构设计可以满足机器人线上作业的要求 。 图 臂位于两侧的悬挂。 .1 at 臂位于同侧的悬挂 3.2 at 2）作业路径的选择 机器人的工作路径是其设计的主要因素。正如上文中提到，机器人既可以选择沿相线行驶，也可以选择沿地线行驶。相线因为是输电线，质量比较高，也比较粗，而且在地线上行驶机器人取电也比较方便，地线的承载能力也很强。有很多设计也是参考了地线的设计。但是随着研究工作不断开展，有关结果表明 12，新疆大学毕业论文（设计） 17 机器人 更适合在地线上行驶 。 原因有以下几点 ： 第一，地线上的线路情况比较简单，没有过多的附属设备。对机器人的设计要求也不是很苛刻 ； 第二，地线在相线的上面，机器人的视野比较宽阔， 摄像机在工作时能够更完整的拍摄真实的线路情况 ； 第三，机器人工作时 ，会或多或少的影响线路， 对线路会造成或多或少的损伤，而地线非输电线，多输送电力不会造成太大的影响。与在相线上行驶相比，在地线上行驶虽然不能像在相线上行驶时取电比较方便，但却避免了对输电的影响，也避免了设计机械结构的复杂性。 例如越障时取电装置可能也要参与越障，还有备用电源的切换问题等。 表 3检机器人的基本构型 he 构 运动方式 自由度个 数 驱动方式 轮爪机构 腕臂机构 控制箱 滚轮转动 轮子 开合 手腕转动 手臂转动 手臂升降 控制箱移动 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 电机直接驱动 电机直接驱动 电机直接驱动 电
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