《一種新型輸電線路除冰機(jī)器人設(shè)計》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、一種新型輸電線路除冰機(jī)器人設(shè)計　　摘要：輸電線上的覆冰和積雪會破壞輸電線路，危害電網(wǎng)運(yùn)行安全，由于傳統(tǒng)的除冰方法效率低、成本高，受限制條件較多，所以采用機(jī)器人除冰在效率、成本和安全性方面具有很大的優(yōu)勢。文章基于國內(nèi)外輸電線路除冰機(jī)器人研究現(xiàn)狀，提出了一種能夠在線上越障的線上行走的新型機(jī)構(gòu)，并介紹了自主研發(fā)的除冰機(jī)器人?！　￡P(guān)鍵詞：除冰機(jī)器人；輸電線路；行走機(jī)構(gòu)；控制系統(tǒng)；線上越障文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A　　中圖分類號：TP24文章編號：1009-2374（2016）25-0009-03DOI：10.13535/j.cnki.11-4406

2、/n.2016.25.004　　1概述　　由于輸電線上的覆冰和積雪，常引起線路舞動、燒傷、跳閘、斷線、倒桿、絕緣子閃絡(luò)和通信中斷等事故，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行以及對電力工人的生命安全造成了威脅。而我國是輸電線路覆冰最為嚴(yán)重的國家之一，線路冰害事故發(fā)生的概率也居世界前列，同時我國傳統(tǒng)的除冰方式效率低、成本高，受限制條件較多，因此設(shè)計新的輸電除冰機(jī)器人，提高高壓輸電線的除冰效率，減少損失，保護(hù)工人安全，解決高壓輸電線上除冰難的問題。7　　目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的輸電線除冰機(jī)器人大多數(shù)不能跨越線上障礙。由于高壓輸電線

3、上的障礙種類繁多、情況復(fù)雜，輸電線上的環(huán)境也較為苛刻，因此現(xiàn)如今已知的能夠跨越障礙的除冰機(jī)器人都沒有投入到實際生產(chǎn)中。目前，國內(nèi)外采用的線上行走機(jī)構(gòu)主要有懸臂式、仿生手臂式、蛇形行走機(jī)構(gòu)。　　本文根據(jù)以往的機(jī)構(gòu)的特點提出一種新的能夠越障的輸電線上除冰機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)在輸電線上除冰越障以及巡檢功能。該機(jī)器人是一種典型的機(jī)電一體化設(shè)計，結(jié)合機(jī)械、電子、控制于一體的設(shè)計，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作靈活等特點，能夠良好地適應(yīng)復(fù)雜的輸電線線上的障礙與環(huán)境。　　2總體設(shè)計　　除冰機(jī)器人是一個機(jī)電一體化的系統(tǒng)，運(yùn)用不同領(lǐng)域的技術(shù)，使各個部分能夠協(xié)調(diào)工

4、作。機(jī)器人主要由控制裝置、機(jī)械本體、檢測與測量模塊以及地面監(jiān)測四個部分組成，整體如圖1所示?！　】刂撇糠种饕芍骺匦酒?、電機(jī)驅(qū)動器和機(jī)載無線數(shù)傳三部分組成。主控芯片通過采集攝像機(jī)及傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判斷，并且將實時測量數(shù)據(jù)回傳給地面站，主控綜合采集的數(shù)據(jù)和地面指令對電機(jī)驅(qū)動器發(fā)出控制信號來控制機(jī)器人的機(jī)械本體；機(jī)械部分主要由行走機(jī)構(gòu)和除冰機(jī)構(gòu)組成，是機(jī)器人工作時的執(zhí)行部件，用來完成行走和除冰任務(wù)；檢測與測量部分通過攝像機(jī)和超聲測距模塊將實時的圖像和距離信息反饋給主控，以提供給主控下一步執(zhí)行的依據(jù)；地面部分主要是地面站組成，地面

5、的人員通過傳回的圖像信息做出判斷和決策以供機(jī)器人動作?！　∠挛膶⒑唵谓榻B各模塊組成和功能，本文重點介紹越障機(jī)構(gòu)和越障原理?！　?機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計7　　通過對工作的環(huán)境分析，機(jī)器人在線上行走的過程中會遇到以下問題和要求：（1）機(jī)器人在靠近電線桿塔的部分需要爬坡和下坡，因此機(jī)器人要具有由爬坡和制動能力；（2）在面對輸電線上的各種障礙，機(jī)器人要具有能夠跨越障礙的能力；（3）機(jī)器人在越障的過程中，由于電線在與桿塔絕緣子相連的部分是一個曲線，因此要求機(jī)器人要具有較好的靈活性和柔韌性；（4）機(jī)器人在面對復(fù)雜的障礙時應(yīng)該具有良好的可操縱性，以使地

6、面操作者能夠手動操作機(jī)器人跨越障礙?！　?.1整體機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹　　除冰機(jī)器人整體利用仿生學(xué)，根據(jù)蛇爬行的原理設(shè)計，機(jī)械結(jié)構(gòu)整體示意圖如圖2所示，除冰機(jī)器人采用四臂機(jī)構(gòu)，每個臂上都有一個橡膠材質(zhì)的行走輪，行走輪靠步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，利用步進(jìn)電機(jī)具有大的靜力矩和扭矩以及高的控制精度等特點，能夠解決行走和制動問題，同時四個行走輪可以單獨控制，因此增加了機(jī)器人控制的靈活性。每個臂都能夠在一定范圍內(nèi)和前后擺動，在遇到爬坡的時候下部的機(jī)體能夠自適應(yīng)行走路線的坡度，限制臂前后擺動范圍是為了防止臂的倒伏。每個臂都能夠左右移動，在遇到桿塔障礙時能夠通過

7、四個手臂的依次左右移動使機(jī)器人手臂依次繞過障礙物。同時每個臂都具有升降功能，以便與行走輪越障時能夠脫離輸電線。四個臂的底座通過鉸鏈連接，可以使機(jī)器人具有一定的柔性，能夠適應(yīng)線上的任意曲線路徑?！　?.控制箱；2.行走輪；3.后手臂；4.左右移動滑臺；5.后輔助手臂；6.前輔助手臂；7.前手臂；8.除冰電機(jī)；9.拍打除冰機(jī)構(gòu)；10.除冰機(jī)構(gòu)升降臂；11.高壓線；12.底座7　　圖2除冰機(jī)器人機(jī)械本體示意圖　　3.2行走機(jī)構(gòu)設(shè)計　　除冰機(jī)器人的行走和越障是靠四個手臂協(xié)調(diào)動作來完成的，手臂結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示：　　A1是橡膠加工成的行

8、走輪；A2是帶有同軸減速器的步進(jìn)電機(jī)，行走輪由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動，因為驅(qū)動裝置是帶減速器的步進(jìn)電機(jī)，所以能夠精確控制行走輪旋轉(zhuǎn)角度并且能夠輸出足夠大的扭矩，同時使用步進(jìn)電機(jī)可以實現(xiàn)精確的開環(huán)控制，可以省去各種檢測輪子位置的傳感器；A3是一個升降機(jī)構(gòu)，內(nèi)部是由電機(jī)和