电力巡检可调机械人的设计与研究

根据电力巡检需求,提出以可调五杆机构为基础的弹性越障巡检机器人的设计方案。设计的主要内容包括：电力巡检可调机器人三维数字化建模,运动仿真、静载荷分析、结构优化分析、越障机构设计,并用UG运动学仿真模块对防振锤越障进行运动仿真,验证方案的可行性。     

改进的穿越越障巡检机器人设计及越障动作规划

沿地线巡检机器人因其视野开阔等优点,在高压输电线路巡检中得到了广泛的研究与应用,如何安全有效地越过地线金具障碍是其研究重点和难点。本文基于穿越越障方式对巡检机器人进行了改进设计,并针对此种越障方式,对地线线路上的防震锤、悬垂线夹及耐张杆塔等线路金具进行了结构改造,采用仿真软件对易出现应力集中的悬垂线夹结构进行了强度校核以保证机器人的安全运行。同时,针对本文的机器人结构设计特点和改造后的线路金具特点,对机器人的越障动作做出了合理的规划。在武汉大学机器人试验场搭建1:1的高压输电线路试验平台,对巡检机器人的越障性能和效率进行了测试,结果表明,该巡检机器人能够顺利穿越架空地线上改造后的防震锤、悬垂线夹和干字型耐张杆塔等障碍物,相较于以往的巡检,具有更高的效率和安全性,且可穿越以往机器人不能越过的干字型杆塔障碍。     

新型爬壁机器人越障机理及能力研究

爬壁清洗机器人是在危险的高层建筑环境下替代人进行清洗工作的机械,其可靠性和稳定性尤为重要. 在分析传统爬壁清洗机器人弊端的基础上,针对玻璃存在的窗框障碍物,设计一种四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人.机器人基于履带式底盘结构,通过旋翼旋转产生推力提供壁面行走所需的吸附力,并设计相应的机器人摆臂变形机构,增加机器人的壁面越障能力. 从运动学角度分析机器人越障时的运动机理,建立机器人壁面攀爬的运动学模型. 在RecurDyn的Track LM模块环境下,对机器人越障过程进行运动学仿真,得到驱动轮的驱动转矩、旋翼推力随时间变化曲线;对Y轴重心位置和加速度变化曲线分析,机器人在越障过程中能够保持良好的平稳性,论证了四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人的越障能力和越障过程中的平稳性.     

六足仿生机器人越障步态方法研究

在分析六足昆虫运动原理的基础上,提出了一种适合六足仿生机器人越障爬坡的一种步态.针对该机器人需要爬坡的要求对步态进行设计,并且从理论上对提出的"多边形步态"进行了可行性分析.在仿真软件中建立了六足机器人虚拟样机,动态模拟了采用该步态的六足仿生机器人的越障运动.指出利用该种越障步态原理设计思路所确定的机器人具有很好的稳定性以及特殊地形适应能力.     

具有两种运动模式的球形机器人动力学建模与设计

针对目前球形机器人爬坡能力不足的问题,提出了一种具有连杆爬坡机构的新型球形机器人设计方案。该球形机器人除了传统的重摆行走方式之外,还可以利用连杆机构爬陡坡。建立了机器人利用连杆机构爬坡的力学模型,并用仿真软件分别进行了新旧球形机器人的爬坡运动仿真,验证了力学模型的正确性。在此基础上,对影响新机构爬坡能力的参数进行分析与优化,以此为理论依据设计制造出了具有两种运动模式的BYQ-X球形机器人样机。并对此样机进行了爬坡运动实验,通过样机实验进一步验证了力学模型的正确性和连杆爬坡机构对增加球形机器人爬坡能力的有效性。     

基于曲柄滑块机构的高压巡线机器人设计

采用巡检机器人进行高压输电线路巡检。基于偏置式曲柄滑块原理设计的巡检机器人为三臂机构,通过配重和单自由度的曲柄滑块机构来改变三臂的位姿变化,可进行线上行走和越障。通过对模型的运动学和动力学仿真分析,得到机器人的运动特性,该特性与基本理论相符,以及在行走过程中通过测量三臂在线上的受力情况的方法确定配重位置,达到机器稳定运行的目的,该机构具有结构简单、自由度少、容易控制等优点。通过仿真验证了原理的合理性。     

基于曲柄滑块机构的高压巡线机器人设计

采用巡检机器人进行高压输电线路巡检。基于偏置式曲柄滑块原理设计的巡检机器人为三臂机构,通过配重和单自由度的曲柄滑块机构来改变三臂的位姿变化,可进行线上行走和越障。通过对模型的运动学和动力学仿真分析,得到机器人的运动特性,该特性与基本理论相符,以及在行走过程中通过测量三臂在线上的受力情况的方法确定配重位置,达到机器稳定运行的目的,该机构具有结构简单、自由度少、容易控制等优点。通过仿真验证了原理的合理性。 更多还原     

架空输电线路巡线机器人越障分析及运动学仿真

基于目前巡线机器人普遍存在的机构复杂、识障难、越障难等问题,研制了一种新型的三臂巡线机器人。设计了移动型配重,巡线机器人在运行的过程中通过实时调节配重位置提高了巡线机器人的稳定性。采用曲柄滑块机构,解决了前后臂摆动的同步性问题。提出了一种新的识障、越障方式。通过应用D-H法建立了巡线机器人关节坐标系和杆件参数,并在MATLAB环境下对巡线机器人的越障过程进行了仿真建模。通过仿真得到了机器人各关节和越障臂末端在越障过程中的运动参数曲线,验证了巡线机器人各连杆的参数设计的合理性。     

高压输电线路智能巡检机器人的研制与应用

以实现穿越越障巡检机器人长距离自主运行为目的,对机器人的机械结构、电能在线补给和智能控制作了深入研究.优化机械结构使设备尺寸更小、重量更轻、能耗更低、行走轮使用寿命更长;通过太阳能充电基站的设立提高机器人的续航能力;优化基于作业环境信息和机器人运行状态信息的自主行为控制方法,提出了智能巡检机器人的完备体系结构及其全自主行为能力的智能控制方法.根据该方法设计制造了高压输电线路巡检机器人,并在吉林白山的高压输电线路上进行了20km的示范运行,结果表明,该机器人具有长距离自主运行的能力,相较于以往机器人,在巡检效率和续航能力等方面有了很大提高.     

面向球型障碍物的六足机器人越障步态研究

以多自由度六足机器人为研究对象,针对球型障碍物的模型特点,研究其爬越球型障碍物时的行走步态,以找到一种适合的越障步态并分析越障时的稳定性。在仿真软件中建立虚拟样机模型,动态模拟对球型障碍物的越障运动。模拟结果表明：在该行走步态下控制的六足机器人能平稳地爬越球型障碍物。     

多运动态可重构轮履复合式机器人机械设计

针对复杂的室外地形特征,结合轮式、履带式移动机构的运动优点,提出并研制一种可重构的具有多种运动模式的轮-履复合机器人.该机器人由控制单元、两个相同的可重构车轮、翻转机构和车体组成,具有轮式、履带式、翻转式3种运动模式.轮式工作形态,机器人为两轮机器人,运行速度快,可全方位运动;履带工作状态,机器人可以适应砾石地、沙地、草地等多种复杂地形,具备较强的越障能力;翻转工作状态,履带轮整体翻转,可跨越栏杆等垂直障碍.机器人轮-履转换由车轮内部的并联四连杆机构实现,可根据地面特征选择运行模式,根据障碍类型选择越障方式.在建立运动学和力学模型的基础上,结合数字仿真方法对结构进行了参数化研究,此设计方法优化了转换机构的运动轨迹,降低了对驱动电动机的性能要求,提高了电动机的使用效率.试验表明,机器人可通过调整自身机构以合理的运动模式通过沙地、草地等路面环境,攀越阶梯和栏杆等复杂障碍,具有良好的环境适应性和越障性能,验证了该移动平台系统设计的合理性.     

具有被动摆臂的四履带机器人越障性能分析

针对主动摆臂形式的四履带机器人在越障过程中出现的摆臂控制复杂问题,采用简化机器人控制、增强机器人自适应能力的方法,通过引入柔性关节,在机器人机械本体上设计了一种被动摆臂机构,并从理论上对该被动摆臂式四履带机器人的越障能力进行了分析,用ADAMS软件对该机器人进行了运动学仿真.结果表明:当摆臂的下限摆角取φ1=-1.09rad时,机器人样机所能攀越的台阶高度为其极限越障高度(170.93mm),比同尺寸采用主动摆臂形式的四履带机器人提高了20mm,从而验证了该机构的可行性,为被动摆臂式四履带机器人的发展提供了基础.     

高压输电线路巡线机器人可视化仿真研究

文章主要针对高压输电线路巡检工作,阐述了一种巡线机器人作业方案。根据该方案,利用三维动画软件3DS MAX建立了该机器人的虚拟模型,并对巡线机器人越障动作重点进行了可视化仿真,模拟机器人爬行及越障的实际运动状态。通过模拟和分析,验证了机器人设计方案的合理性。     

输电铁塔损伤检测机器人攀爬越障部分的结构优化设计

针对灾后输电铁塔的损坏情况及输电铁塔安全检测的需求,介绍了一种灾后输电铁塔损伤检测机器人攀爬越障部分的机构设计和各机构的工作原理,分析了该机器人攀爬越障部分的运动过程。通过Pro／E仿真模拟和慧鱼模型制作试验．证实该机器人能在输电铁塔上攀爬,可自主越障,具有良好工作性能。该机器人能替代人工上塔检修,提高检修工作安全性。     

类两足步行机构行走性能实验研究

类两足步行机构是在动物仿生研究中提出的1种新型双足步行机构.为了测试类两足步行机构运动过程中的行走性能,在分析步行机构基本构型及其行走原理的基础上,设计制造出类两足步行机构物理样机及其实验台车,并分别在平地、爬坡和越障3种工况下进行现场测试实验.结果表明：类两足步行机构的实验驱动扭矩与理论驱动扭矩虽存在一定误差,但总体变化趋势相同;类两足步行机构具有较好的爬坡和越障性能.     

煤矿井下搜救机器人越障分析

煤矿生产时常受到瓦斯、煤尘事故的影响,煤矿事故一旦发生,需要快速及时地进行救援,事故后井下复杂恶劣的环境对煤矿井下搜救机器人越障能力提出了更高要求.根据煤矿井下的环境特点,结合现有机器人的移动机构,对煤矿井下搜救机器人总体进行设计.从运动学角度分析了机器人克服台阶、沟槽、斜坡等典型障碍的运动规律及其最大越障能力.     

基于模型的巡线机器人无碰避障方法研究

结合课题组所设计的巡线机器人,利用线路环境结构化的特点,通过霍尔接近传感器精确定位障碍物与机器人之间的位姿关系,采用D-H法构建巡线机器人运动学模型,将障碍物固连一个空间坐标系,最终可在与定位点固连的机器人基坐标系中空间重构障碍物及机器人越障手臂.在机器人越障手臂与障碍物空间位姿关系可测的情况下,并考虑到机器人越障时间短为实际需要,规划一条最短无碰越障路径.最后通过实验验证了基于模型的无碰避障的有效性.     

八轮腿移动机器人平台越障性能研究

针对复杂地形环境,提出了一种八轮腿移动机器人平台,轮腿式移动机器人综合了轮式移动机器人高速、高效、灵活的特点和腿式移动机器人较强的越障能力.本文首先计算了该机器人平台的质心位置,并对移动机器人的稳定性判据进行了分析,在此基础上,针对斜坡、台阶和沟槽等不同类型障碍,就其越障能力与摩擦系数、结构尺寸之间的关系进行了分析,研究了该机器人移动平台越障性能,并求出了其在跨越台阶和沟槽时前后轮腿系统之间的转角关系,分析移动机器人平台姿态调整策略和越障策略.为机器人控制系统的设计做好了理论基础.     

沿地线穿越越障巡线机器人能耗模型的研究

根据高压输电线路障碍物的类型,研制了沿地线穿越越障自主越障巡线机器人,而能耗预测是高压线路巡线机器人要解决的一项关键技术问题.分析了其在架空地线上的行驶及越障方式,并根据架空地线呈悬链状的特点,建立了机器人上下坡匀速行驶时行走轮的力学模型,同时根据已有的架空地线数学模型,通过曲线积分法推导出了基于相邻杆塔的水平档距、高差、地线比载、地线水平应力等线路工况参数的能耗模型.最后通过实验验证了该能耗模型的正确性和实用性,为巡检机器人的电源选型以及制定线路的巡检方案提供了相应的理论依据.     

高压多分裂输电线路自主巡检机器人及其应用

介绍了一种沿(超)高压多分裂输电线路行驶的自主巡检机器人,包括自主巡检机器人本体、地面基站、巡检后台管理系统.机器人机械结构的设计针对多分裂线路特色的障碍物如均压环、间隔棒的结构特点以及线路受到多种作用力后复杂变形的几何特点完成,使得机器人能顺利通过各种障碍物,完成线路的全程自主巡检.通过介绍本系统的关键技术:移动机器人机构、控制系统设计、基于电磁导航与机器视觉的自主巡检系统,给出自主巡检机器人的一个典型实例.不同环境下的现场运行试验表明,该巡检机器人系统正确、实用.