履带式输电线破冰机器人系统的研制

论文摘要

输电线经常遭遇恶劣的雨雪天气而表面上结冰，造成巨大的损失，输电线的破冰对电网的安全运行具有重要意义，本文通过对国内外研究现状的分析，提出了一种安全高效进行破冰维护的履带式输电线破冰机器人。在国内外缆索机器人的研究现状的基础上，根据输电线破冰的需求分析，提出了履带式输电线破冰机器人的总体设计方案，并对其主要结构进行研究和设计；分析了机器人履带结构与爬行性能，对输电线曲率对机器人爬行性能之间的关系进行了理论推导。对履带式机器人履带的关键部位进行了受力情况分析和有限元法仿真分析，为履带的进一步优化设计提供了理论依据；完成了履带式输电线破冰机器人控制系统软、硬件研究与设计，系统由地面控制部分和机体上控制部分组成，通过无线通讯实现了对机器人高空作业过程的遥控控制；研究了破冰原理和结构，设计了输电线破冰头机构，使破冰机器人能实现沿输电线爬行的同时去除输电线表面的覆冰；对所研究的履带式输电线破冰机器人进行了动画模拟和实验验证，结果表明，其原理正确，性能优良，效果显著。本机器人结构简单，爬行能力强，运行稳定，易于操作，除冰效果良好，在机器人上装配不同机构就能够实现诸如缆索维护、检测等方面的功能。履带式缆索机器人的开发，提高了缆索检测的可靠性，具有重大的社会效益及经济效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.2.1 输电线破冰机器人技术的研究现状
• 1.2.2 缆索机器人的爬行方式分析
• 1.2.3 输电线破冰机器人技术的发展趋势
• 1.3 课题的研究内容
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究中存在的技术难点
• 1.4 本章小结
• 第2章 总体方案设计与模型分析
• 2.1 履带式输电线破冰机器人性能要求
• 2.2 履带式输电线破冰机器人总体结构方案设计
• 2.3 履带式输电线破冰机器人的本体结构设计
• 2.3.1 履带式输电线破冰机器人运动的同步性分析
• 2.3.2 本体机构结构的设计
• 2.4 履带机构
• 2.5 柔性夹紧机构
• 2.6 导向机构
• 2.7 控制电机
• 2.8 破冰装置
• 2.8.1 破冰刀的结构
• 2.8.2 破冰刀的运动特性
• 2.8.3 破冰装置的结构
• 2.9 本章小结
• 第3章 履带式机器人履带结构与爬行性能研究
• 3.1 橡胶履带简介
• 3.2 履带的受力分析
• 3.3 履带结构的选用
• 3.3.1 橡胶履带模型建立
• 3.3.2 有限元计算及结果分析
• 3.3.3 常见结构的履带受力情况的比较分析
• 3.3.4 分析比较结果
• 3.4 输电线曲率对机器人爬行性能的影响
• 3.5 本章总结
• 第4章 履带式输电线破冰机器人控制系统的设计
• 4.1 控制系统原理
• 4.1.1 控制系统需求分析与功能
• 4.1.2 控制系统原理
• 4.2 控制系统硬件的设计
• 4.2.1 控制器的内核
• 4.2.2 运行距离信号的采集
• 4.2.3 无线数据传输模块
• 4.2.4 电源电量检测系统
• 4.3 软件系统的设计与研究
• 4.3.1 软件开发环境介绍
• 4.3.2 编码器的控制
• 4.3.3 步进电机控制
• 4.3.4 步进电机的反丢步措施
• 4.4 本章总结
• 第5章 履带式输电线破冰机器人性能实验研究
• 5.1 实验目的
• 5.2 试验材料与器材
• 5.3 试验方法
• 5.4 试验过程及结果
• 5.4.1 接近水平弧度为 0°时爬行速度及破冰速度测试试验
• 5.4.2 不同弧度时爬行速度及破冰速度测试试验
• 5.4.3 弧度 60°轴向进给力的测试
• 5.5 破冰机器人动画模拟
• 5.6 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究成果
• 6.2 展望
• 附录 A
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录