架空电力线路巡线机器人关键技术研究

架空电力线路巡线机器人关键技术研究

采用高压和超高压脱轨电能线是长距离电源的主要方式。电能线和塔架的固定部件长期暴露在外面。由于持续的机械张力、电气闪燃和材料老化的影响，容易发生破碎、磨损和腐蚀等损坏。如果不及时修复或更换，最初的小损坏和错误可能会扩大，这将带来严重的后果，导致大面积的停工和巨大的经济损失。目前，国外的输电线监测方法为地面监测方法和导航技术。采用手动监测方法，劳动强度高，工作效率低，可靠性低。航测法采用直升飞机在线，技术难度高，运营成本高。移动装置技术的发展为新的移动平台奠定了坚实的电路电源监控。在线机器人可以在线工作，在一定速度内通过输入线进行传输，并可以通过各种障碍近距离检测线路通道。在线机器人的主体结构旨在通过巧妙的组合，降低当前控制的难度，同时通过合理的控制方法，使新机器人机构的优势更加突出。因此，近距离机器人的研究不仅具有重要的理论意义，而且具有潜在的社会和经济效益。同时，它具有良好的研究价值和广阔的应用前景。1采用带明显摆动和带显示的三种液压机构设计机器人总体机构方案:通过借鉴国外较成熟的机构与我国实际相结合,将机器人设计成3只手臂,以实现能够平稳地跨越各种障碍.整个机器人主要由五部分组成:垂直摆动柔性臂、驱动装置、手掌开合装置、电源箱和控制箱.轮式爬行机构行走平稳,速度快,有利于移动平台上线路探测仪器的可靠工作,目前巡线机器人多采用此类爬行机构,笔者设计的机器人也沿袭采用了此种方案.通过参考国外比较成熟的机器人的手臂设计及结合设计指标,初步确定了采用丝杠、丝母传动的升降臂和新颖的两重四连杆机构手臂,这种设计组合能够实现刚性与柔性之间的转换.通过两个垂直摆臂的复合调节,使三个单体能够具有不同的位置和姿态,以适应跳线及各种障碍的姿态和运动要求.摆动柔性臂整体机械结构不仅能够满足跨越各种障碍和跳线的要求,而且还能通过调节连杆之间的长度,实现不同的跳线长度要求.通过以上设计方案的组合,笔者设计的机器人机构的雏形如图1所示.2主要部件的零件图和安装图2.1直大摆臂和垂直小摆臂摆动柔性臂由两部分组成:垂直大摆臂和垂直小摆臂.垂直大摆臂和垂直小摆臂采用两重四连杆机构,并且能够实现刚性与柔性之间转换.摆动柔性臂整体机械结构不仅能够满足跨越各种障碍和跳线的要求.手臂设计如图2所示。2.2高强度龙牛炉驱动装置设计驱动装置由直流电机、传动轴和驱动轮组成.驱动轮采取中间分离式,使其在跨越线夹、悬锤及跳线时能够打开,实现跨越.驱动轮采用高强度尼龙作骨架,可以减轻驱动装置的重量,增加驱动轮运动时与线路的摩擦系数,防止打滑,同时又消除了对铝裸线的磨损.驱动电机采用直流电机,以保证有足够的驱动力.整个驱动装置不仅能够保证机器人的正常行走,也能够实现爬越<50°的跳线.驱动轮支撑架采用中空设计,使机器人单体遇到防震锤时,在不做任何调整状态下,直接越过,大大提高了机器人行走效率.驱动装置设计如图3。2.3开口装置结构设计驱动开合装置由螺旋机构和增力夹紧机构组成.螺旋机构采用平稳的丝杠、丝母传动,由驱动电机带动丝杠转动,丝杠通过螺纹传动驱动丝母上下平动.驱动支架与丝母连接在一起,在丝母带动下丝杠伴随上下移动,驱动支架与驱动支架滑块通过销轴连接在一起,通过驱动支架的上下运动转化到滑块的水平运动上,以实现手掌的开合.滑块的水平运动与支架的上下运动实现的过程为:导轨与升降筒固定在一起在整个运动过程中保持不动,滑块与驱动支架通过销轴连接在一起,销轴在支架与水平线成45°角的斜导轨内滑动,支架在滑动过程中通过销轴给了滑块一个垂直其斜导轨的力,该力在水平方向与垂直方向各有一分力,其水平分力驱动滑块开合运动,从而实现设计的要求.开合装置结构图如图4所示。3零件设计与虚拟总成装配SolidWorks是一款优秀的基于WindowsNT/2000/XP的三维造型软件,可以进行三维零件设计和三维虚拟装配,并支持参数驱动,可以随意更改设计数据,所设计的零件能自动改动;具有类似于Windows资源管理器的特征管理器,可以方便地查看复杂零部件的设计细节和层次关系;其相关技术使得零部件之间、零部件与工程图之间以及零部件与装配图之间的更新完全同步;同时还具有强大的复杂曲面造型能力,能轻松设计出表面形状复杂的曲面零件.SolidWorks不但具有上述特点,它还可以通过三维装配图动态地仿真出构件间的传动关系,从而缩短了产品的设计周期,降低设计成本,提高设计质量,因此被广泛应用于产品开发中,已经发展成为三维机械造型的主流设计工具.设计当中,对各个零件都进行了仿真设计,通过三维造型,改进设计造型.在实际的零件设计中,由于大型零部件的设计均分解为很多的小零件,小零件要合理地装配起来,用来检验小零件的功能以体现其价值.对于复杂的零部件的装配又划分为独立的零部件和装配体,称为子装配体.装配体使用的命令有插入零部件、配合等常用命令.这里采用了子装配的方案,部分零件图与子装配图如图5所示.各零件的仿真分析与子装配完成之后,最终进行了虚拟总装,如图6所示。在SolidWorks平台上进行仿真设计与改进,一次性成功设计、装配出了巡线机器人的物理样机,并在试验线路上取得了成功.物理样机实物照片如图7所示.4仿真优化了实验过程本文讲述了特种机器人——巡线机器人研究的价值与意义,介绍了其本体机构设计的框架结构,通过在Solid