【《除冰机器人机械结构设计》开题报告2500字】

开题报告学生姓名学号班级课题名称除冰机器人机械结构设计课题所属领域的现状1国外研究现状西方一些发达国家以及日本等国在该种机器人方面的研究起步较早，并取得了相应的成果。最早在该方向进行研究的是加拿大的魁北克电力研究院SergeMontamtault等人经过两年的研究设计，推出的HQLineROVer遥控小车(如图1.1），该小车只具备巡视功能，且只能在一条无障碍的线路上进行工作。然后在经过不断的升级与改进之后，该团队于2006年推出了他的升级款(如图1.2），使得该小车能够对线路上的部分障碍物进行跨越，但是依旧不具备除冰功能。不过该巡线小车为后续除冰机器人的发展提供了平台，只要在该小车上将巡线部分改为除冰机构，并重新设定程序即可。日本东京电力公司也曾经研制过一台巡检机器人，该机器人可以在线路上独立行走且可以通过其上搭载的前后两臂进行越障。在以后的研究中，并以此为基础，在其上搭载了除冰机构，主要是利用电晕效应进行除冰。图1.1加拿大研制的除冰机器人图1.2加拿大研制的除冰机器人升级版此外，美国，泰国，墨西哥等国家也先后研制过一些该类机器人，并制造了样机进行了相应的实验，但基本上都为巡检机器人，不具备除冰功能。2国内研究现状我国在这方面的研究最早起步于上世纪的九十年代，但却很少取得成果。最近几年来，尤其是2008年特大冰雪灾害之后，我国许多科研院所开始着手对其进行更进一步的研究，并取得了不错的成果。其中比较有代表性的是山东大学与加拿大魁北克水电研究院联合开发的LineROVer小车(如图1.3)以及武汉大学吴功平教授团队的机器人(如图1.4)。图1.3LineRover小车图1.4吴功平教授团队研发的机器人其中，山东大学与加拿大魁北克水电研究院联合开发的小车，他们在远程通信与控制、能源动力、防水性能等方面对LineROVer小车做了技术改进，并在小车上却集成了红外检测、压接管，电阻测量、除冰等带电作业功能，但却没有赋予其越障能力[8]。武汉大学吴功平教授团队的除冰机器人采用了比较特殊的铣削式除冰，该种除冰方式可以避免普通挤压式除冰方法对输电线路的损坏。因为目前我国国内多采用多分裂式输电方案，其中多为六分裂式与八分裂式，因此重庆大学的研究团队开发了一种可以应用于分裂式输电线路的巡线机器人，其可以快速稳定的通过输电线路之间的连接架，但是该平台难以搭载除冰机构进行除冰作业。吴功平教授团队也在最近开发了可以应用于多分裂式输电线路的机器人，其越障方式已经相对来说较为成熟，但是也仅限于各根导线之间的连接架，对于塔杆以及别的障碍物仍然有所不足。总结现有的除冰机器人的除冰方式，主要为挤压，冲击，振动等方式。相比与传统的人工除冰方式，可以减少人员的伤亡，除冰效率也相对来说有一定的提高。与目前比较成熟的直流融冰技术相比较，虽然在融冰效率上低了许多，但是可以在导线断开的情况下继续作业。针对效率低的情况，可以每隔一段距离布置一个除冰机器人来进行解决。但是仍有一些关键的问题阻碍着除冰机器人的大规模使用，比如，该机器人无法自动攀爬上导线上进行作业，其虽然可以搭载越障装置，但是越障能力也有一定的限制，而且其电池的续航与重量也是在未来需要解决的一个问题。课题重点难点和特色从上世纪末开始，随着我国国家电网的快速发展，已经基本实现了家家通电的局面。给国家和人民的生产与发展带来了极大的便利，已经成为现代社会不可或缺的一部分，同时也成为国家发展的重要支柱。我国幅员辽阔，纬度跨度较大，不仅仅是在东北地区，在我国的南方地区，在冬季时也经常会遭受到冻雨的危害。当亚欧大陆的大气环流出现异常时，冷暖空气便交汇在我国南方地区和长江中下游，温暖潮湿的气流携带大量水气就会出现凝结，从而形成雨雪或雾凇，进而导致高压输电线路发生覆冰现。当覆冰达到一定厚度时，导线由于热胀冷缩的缘故就会产生巨大的拉应力，并且因为低温而变脆。在这两种情况的综合影响下，输电线路就会发生断裂或者输电塔发生倒塌。从而引起大规模，长时间的断电，严重影响着人们的生活和国家的发展。各个国家为了尽可能的减轻该种灾害的影响，都进行了大量的研究工作。常用的除冰方法可以分为机械除冰和热力融冰。当前机械除冰主要是通过工人进行敲击，将线路上的覆冰去除，虽然这种方式的效果好，但除冰的效率低，且极易影响工人的生命安全。热力融冰中的直流融冰技术目前在我国应用较为广泛，且该种方法的除冰效率极高，可以在十几分钟的时间内，去除掉约两百公里的线路覆冰。但进行该种作业必须保证在两座变电站之间的线路必须为通路状态，如若已经发生线路断裂则无法应用。本文在总结现有除冰机器人的优势之上，将冲击式除冰方法与铣削式除冰方式进行结合，搭载在一个除冰机器人上，使其可以几乎不受输电线路上覆冰厚度的影响进行作业。本文针对目前我国常用的各横截面直径尺寸不同的高压输电线缆设计一款可以通用的除冰机器人。结合实际情况，具体的设计内容如下：1）根据覆盖在输电线路上的各种冰的形成，以及不同种类覆冰的硬度，按照硬度最大的情况进行除冰结构中刀具，以及刀具支撑结构的设计，并对其进行强度校核。为了能够将一些硬度很高的覆冰通过冲击与铣削的方式去除，刀具的扭矩不能仅由电机提供，需要借助减速器来降低转速的同时并提高电机输出的扭矩，使其面对硬度高的冰层也不会发生刀具卡死的情况，保证机器人能够持续稳定的完成除冰作业。因此需要重点设计刀具的减速器，使其在有较大的减速比的情况下并且尽可能的小，并且有着一定的使用寿命，不会因为扭矩过高而发生失效。2）根据不同规格的输电线路的导线横截面的直径，设计刀具支撑结构，使其可以根据不同粗细的导线选择不同的刀具间距离，极大的增强该机器人的适用性，并且可以避免由于固定的刀具间距离而产生的遇到较粗的导线将其压裂或者遇到较细的导线不能很好的完成除冰的问题。3）对各部分设计完成后，使用UG建模软件对其各部分进行建模，并对其进行装配和运动仿真。最后，对该除冰机器人的设计进行总结，分析其中的不足与优化空间，对未来的该类机器人的发展提出展望。计划进度1选题2022年12月15日-2023年1月10日2撰写论文开题报告并提交2023年1月11日-2023年1月25日3准备资料、撰写修改并提交论文初稿2023年1月26日-2023年2月20日4准备资料、撰写修改并提