一种巡检机器人越障机理分析与行走夹持机构设计

论文摘要

超高压输电线路巡检机器人是一种应用于电力传输线路检测的特殊移动机器人,它用来代替或辅助巡线工人对超高压输电线路进行检测。这种方法相对于人工的检测方法具有效率高,可靠性强等特点,可避免或减少高压线对工人人身安全的威胁。但是,目前这种巡检机器人仍然处于实验室研发阶段,尚未在实际的输电线路巡检作业中得到应用,因此,研发该项目对于提高电力部门自动化作业程度,获得更高的经济效益具有十分重要的意义。通过对超高压输电线路架空地线上电力设施的分析,确定了防振锤、单悬垂金具、双悬垂金具和压接管等作为架空地线上的障碍物。基于巡检机器人沿架空地线行走与越障要求,分析了巡检机器人跨越各种障碍的过程和越障模式。根据行走和越障过程的分析,确定了巡检机器人的最优构型,即巡检机器人采用两个夹紧电机,两个行走电机,两个旋转电机,一个质量调心电机。根据超高压输电线路架空地线环境和巡检机器人的最优构型,确定了巡检机器人的总体方案,设计了主动夹紧轮驱动部件,即沿输电线侧面夹紧,这种方式可以主动控制夹紧力,以适应在大坡度输电线路上行走;被动行走承载轮部件,即被动行走轮支撑在输电线的上方,以承载机器人的重量;二道保护机构和过程停止部件等。对设计的几种夹紧机构进行了对比分析,并且计算确定了巡检机器人在线行走所需的夹紧力。运用Solidworks的主要部分COSMOSXpress,对巡检机器人中的主要零部件如巡检机器人行走夹持机构、行走夹持机构底座、被动行走承载轮等进行有限元分析。对主要零部件进行有限元分析的主要目的是校核现设计零部件的强度和安全系数,对不满足使用要求的进行修改。同时在满足刚度强度的情况下,对机器人零部件进行优化,以减轻巡检机器人的重量。通过模拟架空地线,对巡检机器人行走夹紧机构进行实验验证。实验的目的主要对设计的机构进行验证,如最大夹紧力、蜗轮蜗杆的自锁能力、爬坡的最大角度、在最大夹紧力下实现驱动行走的力矩,为行走电机的选取提供实验依据。为了实现这些实验项目,设计了巡检机器人行走夹紧机构的控制系统,并进行系统调试。实验结果表明,行走夹紧机构及其控制系统的基本达到了设计目的,为进一步设计巡检机器人提供了技术支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 巡检机器人越障过程分析
• 2.1 引言
• 2.2 输电线上的电力设施
• 2.2.1 防振锤
• 2.2.2 单悬垂金具
• 2.2.3 双悬垂金具
• 2.2.4 压接管
• 2.3 越障过程的分析
• 2.3.1 跨越防振锤
• 2.3.2 跨越单悬垂金具
• 2.3.3 跨越双悬垂金具
• 2.3.4 跨越压接管
• 2.4 本章小结
• 第三章 巡检机器人总体方案论证
• 3.1 整体行走轮行走夹持机构
• 3.2 剖分式行走轮行走夹持机构
• 3.3 主动侧向夹紧驱动承载行走夹持机构
• 3.4 主动侧向夹紧驱动被动承载行走夹持机构
• 3.5 二道保护与自救功能
• 3.6 总体方案论证
• 3.7 本章小结
• 第四章 巡检机器人结构设计
• 4.1 引言
• 4.2 主动侧向夹紧驱动被动承载行走夹持机构设计
• 4.2.1 驱动传动方式确定
• 4.2.2 夹紧驱动轮半径、高度确定
• 4.2.3 夹紧驱动轮开合运动方式的确定
• 4.2.4 锁紧机构的确定
• 4.2.5 行走轮承载部件
• 4.3 二道保护机构设计
• 4.3.1 刚性机构
• 4.3.2 柔性机构
• 4.4 自救机构设计
• 4.5 其它功能部件设计
• 4.5.1 过程停止部件设计
• 4.5.2 视觉传感器
• 4.6 巡检机器人总体造型
• 4.7 本章小结
• 第五章 巡检机器人相关零部件计算及有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 夹紧力计算
• 5.3 行走夹持机构的夹持手爪有限元分析
• 5.4 行走夹持机构底座有限元静态分析
• 5.5 顶盖板的有限元静态分析
• 5.6 行走承载轮有限元分析
• 5.7 行走夹持机构传动齿轮副有限元分析
• 5.8 本章小结
• 第六章 巡检机器人行走夹紧机构的实验研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验目标
• 6.3 建立实验系统
• 6.3.1 样机研制
• 6.3.2 力传感器的安装调试
• 6.3.3 电压比较电路设计
• 6.3.4 控制系统的编写与调试
• 6.3.5 实验
• 6.4 实验结果分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 研究工作总结与展望
• 7.1 主要研究成果
• 7.2 研究工作展望
• 参考文献
• 致谢