一种基于CPLD的巡线机器人手臂定位控制系统设计

物 的探测 识别 。
至无 法依 靠人 工方法 完成巡 检 。
在一 些 国家 和 地 区 ， 采 用 直升 飞机 进 行 电力 有 线巡 检 的实 例 ， 国 四 川 电力 公 司 ２ ０ 我 ０ １年 在 ５ ０ ０ ｋ 输 电线路上 实 现 了直升 机 巡 线［ 。直 升 飞机 沿 Ｖ １ ］
（ Ｐ Ｗ ） 检机 器人 ， 机 器人 依 靠 内嵌 的线 路 结 Ｏ Ｇ 巡 该
构 参数 进行规 划 。 当遇 到杆 塔 时 ， 机 器人 利 用 自 该 身携 带 的导轨从 杆塔 侧 面滑 过 。１ ８ ９ ９年 ＴＲ Ｃ公 司 研制 了一 台悬臂 自治巡 检 机 器人 ， 沿导 线 长距 离 能 行走 ， 检查 绝缘 子 、 合点 、 结 压接 头等 ， 将探测 数据 并 进行 预处理 后传送 到地 面 。 ９ Ｏ年代末 ， 国内 的一 些研 究机 构 和 高校 开 始 了 巡 线机 器人 的研究 工 作 ， 已经研 制 多 种 结构 的样 并 机 。为满 足在 柔性输 电线 行走 并跨越 各种 障碍 物 的 要 求 ， 线机器 人必 须解决 好结 构设计 、 巡 障碍物识 别 和 运动行 为规划 等方 面 的问题 。
高压 输 电线 路 是 电力 传 输 的 主要 设 备之 一 ， 它 的安 全稳 定运行 直接影 响 到供 电系 统 的可靠性 。电 力线 及杆塔 附件 长期暴 露在野 外 ， 风 吹 日晒 、 受 机械 张力 和材 料 老化 的影 响 ， 常 出现 断 股 、 蚀 等 损 时 腐
路 巡线 机 器 人 口 。１ ８ ］ ９ ８年 Ｓ ｗａ Ｅ 等 人 首 先 研 制 ａ ｄ。 了具 有 初 步 自 主 越 障 能 力 的光 纤 复 合 架 空 地 线
摘
要： 在讨 论 电力线 巡线 常用 的设 备和 方 法基础 上 ， 析 了巡 线机 器人 的 结构 、 测 系统及 运 动行 分 检
为规 划 。根 据控 制对 象的 时序要 求 ， 象 出控 制 系统的行 为描 述 ， 抽 设计 了具 有状 态及 保护 、 位 功 能的有 定 限状 态机 ， 最后 由可编 程逻 辑 器件 加 以 实现 。首 次将 有 限 状 态机 应 用在 巡 线机 器人 控 制 系统 上 ， 改进 了
长， 运行 费用 昂贵 。所 以， 阶段 直升机 巡线 还受许 现 多 客观条 件 的限制而 难 以推广 。 只有 研制 先 进 的巡 检 设备 ， 能 提 高巡 检 效率 才 和精度 ， 降低 费用 ， 除事故平稳 ， 平衡性 能好 ， 可
跨 越较 大的 障碍物 ， 是 它的 自身重 量大 ， 电池 容 但 对
量、 驱动 电路及 结 构 强度 的要 求 高 。两臂 机 器 人 简 化 了机械结 构 、 降低 了 自身重 量 ， 加 了 回旋 、 距 增 臂 调整 、 夹持 轮抱线 等机 构 ， 效地 克服 了三臂 机器人 有 的不 足 ， 为主流 机型 ， 两臂 机器 人 的运 动关 节控 成 但 制及行 为规 划复杂 ， 增加 了 系统设计 与控制 的难 度 。 １ ３ 障碍 物探测 与识别 ． 输 电线路上 的 防震锤 、 绝缘 子 、 夹等 附件是机 线 器人 运行 的 主要 障碍 。为跨 越 这 些 障碍 ， 实现 长距
软件设 计 为主的设 计 方法 。 实验 室 １ ０ｋ 模 拟 线路 上 的 实验 结果 表 明 ： 系统 很好 地 实现 了机 器人 运 １ Ｖ 该
动 关节的控 制及 系统 的定位保 护功 能 ， 应速 度快 ， 靠性 高。 响 可
关 键词 ： 巡线机 器人 ； 障碍 识别 ； 态机 ； 状 可编程 器件 中图分类 号 ： Ｐ ２ ２ Ｔ ４ 文献标 志 码 ： Ａ
输 电线 路低空 飞行 ， 作 人 员 直接 或 借 助 于摄 像 机 工
对输 电线路进 行 观测 和 记 录 ， 定 程 度 上 提 高 了探 一
测 效率 。但是 直升 机飞行 速度 高 ， 电力 线 快速掠 过 ， 无 法仔 细观察 ， 以保证 探测精 度 ， 难 而且对 驾驶技 术 要 求 过 高 ， 线 难 度 大 。另外 ， 升 机 的 闲 置 周 期 巡 直
巡线机 器人 设计 必须考 虑下 列 因素 ： ）适 合 于 １ 柔性 线路平 直段 、 坡 和下 坡 段 的 行 走 机 构 ； ）具 爬 ２ 有旋转 、 仰调整 功 能的越 障机构 。为此 ， 俯 中科 院 自 动化所 在 国家 “ ６ ” 目支持 下 ， 后研制 成三 臂轮 ８３ 项 先 式、 两臂 回旋 式结 构 的 巡 线 机 器 人 ， 现 了 在 室 内 实 １ ０ｋ １ Ｖ模 拟线路 上 自主行 走 、 程遥 控及 一 些 障碍 远
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种 基于 Ｃ Ｌ 的巡线机 器人 手臂 定位控制 系统设计 ＰＤ
左 岐 。 谢 植 梁 自泽。 唐 健 隆。 李 恩。 ， ， ， ，
（ ．东北 大 学 信 息科 学与 工 程 学 院 ， 宁 沈 阳 １ ００ ； ．北 方 工 业 大 学 现 场 总 线 与 自动 化 重 点 实 验 室 ， 京 １０ ４ ； １ 辽 １０ ６ ２ 北 ０ ０ １ ３ ．中国 科 学 院 自动化 所 复 杂 系统 － 能科 学重 点 实 验 室 ， 京 １０ ８ ） ９智 北 ０ ０ ０
１ ２ 机 械 结 构 ．
伤， 如不 及 时修 复更 换 ， 本微小 的破 损和 缺陷就 可 原
能扩大 ， 造成大 面积停 电 ， 从而带 来极 大 的经 济损 失 和严重 的社会 影 响 。所 以 ， 必须 对 输 电线 路 进 行 定 期 巡视检查 ， 时 了解 和掌 握输 电线路 的运行 情况 ， 及 发 现和 消除 隐患 ， 防事故 的发生 。 预 输 电线 路大 多 分 布远 离城 镇 的 自然 环境 中 ， 线 路巡检 是一项 艰苦 的工 作 。传统 的方 法是 依靠 巡检 工人徒 步或 骑车 沿线 行 走 ， 接用 眼进 行 观察 的方 直 法 （ 时借助望 远镜 ） 有 来检查 电力 线及 附件 的外形 和 工 作状 态 ， 这种 巡 检方 式 工 作 量大 、 率 低 ， 以保 效 难 证巡 检 质量 。在一些 山 区和跨越 江河等 特殊 地段 甚