基于质量调心的巡检机器人越障机理分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
维普资讯
第 １ ０卷第 ３ 期
２０ ０ ７年 ８月
扬州大学学报（ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＹａ ｇ ｈ ｕ Ｕｎｖ ｒｉ （ ｔ ｒｌＳ ｉｎ ｅＥｄｔ ） ｏ ｒ ａ ｎ ｚ ｏ ｉｅ ｓｔ Ｎａｕ ａ ｃｅ ｃ ｉｉ ｏ ｙ ｏｎ
时 间 ， 有 广 泛 的应 用 心 调 节 ； 检 机 器 人 越 巡
中 图 分 类 号 ： ４ ． ＴＰ ２ ２ ３ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ —８ ４ ２ ０ ） ３ ０ ９ ４ ０ ７ ２ Ｘ（ ０ ７ ０ —０ ４ 一Ｏ
收 稿 日期 ： ０ ７一Ｏ 一Ｏ ２０ ４ ３
基 金 项 目 ：国家 高 技 术 研 究 发展 计 划项 目（ ６ —２ ０ ＡＡ４０ １ ） ８３ ０２ ２ １ ０
＊ 联 系 人 ，Ｅ ｍａ ：ｘｎ ｌ ｇ ｈ ＠ｙ ｕ ｅｕ ｃ — ｉ ｉｇ ｎ ｚ ｕ ｚ ．ｄ ．ｎ ｌ ｏ
维普资讯
Ｖ ｏ ．１ ｏ． １ ０Ｎ ３
Ａｕ ｇ．２ ００７
基 于质 量 调 心 的巡 检 机 器 人越 障机 理 分 析
罗文 振 ，朱 兴 龙
（ 州 大学 机 械 工程 学 院 ，江 苏 扬 州 ２ ５０ ） 扬 ２０ ９
摘 要 ： 对输 电 线 架 空 地 线 上 的障 碍 物 ， 体 分 析 了机 器人 跨 越 架 空 地 线 上 障 碍 物 的过 程 ， 据 越 障 过 针 具 依 程 的 分 析 ， 出一 种 新 的基 于 质 心 调 节 的 机 器 人 越 障 构 型 ．该 构 型 自由 度 少 ， 制 简 单 ， 够 减少 越 障 过 程 提 控 能
图１ ａ为防振 锤 的外 形 ， 它安 装在 架空 地线 上 ， 到 增 大输 电线 系统 阻尼 以抑 制 输 电线 路 在风 的 起
作用下 产 生振 动 的 目的．单 悬 挂金 具 用 于悬 挂输 电线 ， 其一 端 与塔 杆 相连 ， 一端 支 撑 架 空地 线 ， 另 见
图 １ ．双悬挂 金具 实 际上是 由 ２个单 悬挂 金具 组成 ， ｂ 二者 间距 离 ４ ０ｍｍ 左 右 ， ０ 一般在 十 几个 杆塔 之
１ 架 空地 线 上 的主 要 障碍 物
架 空地线 上 的典 型障碍 见 图 １ ．
ａ 防振锤 ．
ｂ单悬挂金具 ．
Ｃ最悬挂金 具 ．
ｄ压接管 ．
图 １ 架 空地 线 上 的 典 型 障 碍
Ｆｉ １ Ｏｂｓａ ｌ ｓ ｏ ｅ ｈ ａｄ ｇｒ ｎｄ ｗｉｅ ｇ． ｔ ｃ ｅ ｆｏｖ ｒ ｅ ｏｕ ｒ ｓ
２ 巡检 机 器人 越 障过 程 分 析
２ １ 剖 分 式 行 走 夹 持 机 构 原 理 ．
超高 压巡 检机 器人要 在架 空地线 上行 走大 多采 用行走 轮 ． 这是 因为 行走轮 能够 实现 连续 运动 ， 且
行走 轮与架 空地 线之 间 为滚动摩 擦 ， 架空 地线 的损 伤程 度较 小．文献 ［ ］ 中 ， 走轮 采用 整体 式结 对 ５“ 行 构 ， 要从 障碍 物 的侧 面 和上方 跨越 障碍物 ， 种结 构简 单但 使越 障过 程 变得 复杂 ．本 文 采用 剖分式 需 这
行走 轮 ， 图 ２所 示 ， 由剖分 轮 、 如 它 丝杠 、 螺母 、 杆 、 导 支架 、 持 电机 、 夹 行走 电机 等组 成 ， 工 作原 理 如 其 下： 夹持 电机带 动具 有左 右螺纹 的丝 杠 ， 过螺 母实 现两 剖 分 轮的开 合 ， 下方 通 过 障碍物 ．此外 ， 通 从 当 夹持 电机 驱动 丝杠 旋转使 剖分 轮继续 向中间运 动 时 ， 用聚 氨酯 的弹性 完成对 架 空地线 的夹 持 ， 利 如图 ２ ．同时 ， 剖 分轮 上 线 闭合行 走 时 ， 空 地线 位 于封 闭的机 构 内部 ， ｂ 在 架 这样 可 以有效 地 防止 行走 轮脱
分 体机构 ｕ 等 ．超 高 压输 电线 路巡检 机 器人 的主 要功 能是 在 电磁干 扰存 在 的情 况 下 ， 超 高 压输 电 沿 线路 架空 地线 行走 巡 检 、 爬坡 、 障 ， 且将 检 测 到的 数 据 和 图像 资料 存储 传 输 至地 面工 作 站．本 文 越 并
在对 架空地 线上 障碍 物进 行分 析 的基础 上 ， 出 了一种 新 的基 于质 心调节 的巡 检机器 人越 障 构型 ． 提
５ ０
扬 州大学学报（ 自然 科 学 版 ）
第 １ 卷 Ｏ
间放 置 １ 双 悬 挂金具 ， 个 见图 １．架 空地 线 为钢 丝铝 绞线 ， ｃ 由专 门厂家 按 标准 生 产 ， 因此 它有 一定 的
长度 ．压 接管 实际上 是将 ２ 钢丝铝 绞线 连在 一起 的接 头 ， 根 一般 采用爆 炸方 法 或高 压 挤压 而成 ， 其结 构如 图 １ ．机器 人在 沿架 空地线 行走 时 ， 合轮爪 必 须能越 过 它们． ｄ 复
采用机 器人巡 检 超高 压输 电线 路拓 宽 了机 器人 技术 应 用 的领域 ， 以有效 地提 高巡检 作业 效 率 ， 可 保 证 线路 维护 质量 ， 低 运行维 护费用 ， 顾经 济和 社会 效 益 ， 降 兼 适应 市 场 的需 求 ， 其产 业化 前 景 广 阔 ， 是 近 年来巡 检高压 线技 术研 究 的热 点． 目前 ， 于巡检 机器 人 的研 究 尚处 于 实验 阶段 ， 关 国外 具代 表性 的研究 机构 有 日本东 京 电力公 司［２、 菱 电机株 式会 社 Ｌ 以及 加拿 大 魁北 克 研究 院Ｌ ，国 内 主要有 １］三 － ３ ］ ４ ］ 沈 阳 自动化 研究 所 、 津 大学 和 山东 大学【 、 汉 大学 Ｌ ］ ］天 ６武 ］ ７ 以及 北京 航空 航 天大 学Ｌ 等 ， 都 未 能做 ９ 但 到实用化 和商 品化 ， 主要 问题 在于越 障行 走机 构如 何有 效 可靠地 跨越 架空 地线 上的 各种 障碍 ， 其 因此 设 计适应 架 空地 线上 各 种 障碍 的越 障行 走机 构对 于 巡检 机器 人 实现 实 用化 和商 品化具 有 重 要意 义． 从 巡检机 器人 越 障过 程 分析 来 看 ， 选 的机 构形 式 有 轮臂 复 合 机构 Ｌ 仿 人 手臂 攀援 机 构 ］ 多节 可 １ 、 ２ 盯、
第 １ ０卷第 ３ 期
２０ ０ ７年 ８月
扬州大学学报（ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＹａ ｇ ｈ ｕ Ｕｎｖ ｒｉ （ ｔ ｒｌＳ ｉｎ ｅＥｄｔ ） ｏ ｒ ａ ｎ ｚ ｏ ｉｅ ｓｔ Ｎａｕ ａ ｃｅ ｃ ｉｉ ｏ ｙ ｏｎ
时 间 ， 有 广 泛 的应 用 心 调 节 ； 检 机 器 人 越 巡
中 图 分 类 号 ： ４ ． ＴＰ ２ ２ ３ 文 献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ —８ ４ ２ ０ ） ３ ０ ９ ４ ０ ７ ２ Ｘ（ ０ ７ ０ —０ ４ 一Ｏ
收 稿 日期 ： ０ ７一Ｏ 一Ｏ ２０ ４ ３
基 金 项 目 ：国家 高 技 术 研 究 发展 计 划项 目（ ６ —２ ０ ＡＡ４０ １ ） ８３ ０２ ２ １ ０
＊ 联 系 人 ，Ｅ ｍａ ：ｘｎ ｌ ｇ ｈ ＠ｙ ｕ ｅｕ ｃ — ｉ ｉｇ ｎ ｚ ｕ ｚ ．ｄ ．ｎ ｌ ｏ
维普资讯
Ｖ ｏ ．１ ｏ． １ ０Ｎ ３
Ａｕ ｇ．２ ００７
基 于质 量 调 心 的巡 检 机 器 人越 障机 理 分 析
罗文 振 ，朱 兴 龙
（ 州 大学 机 械 工程 学 院 ，江 苏 扬 州 ２ ５０ ） 扬 ２０ ９
摘 要 ： 对输 电 线 架 空 地 线 上 的障 碍 物 ， 体 分 析 了机 器人 跨 越 架 空 地 线 上 障 碍 物 的过 程 ， 据 越 障 过 针 具 依 程 的 分 析 ， 出一 种 新 的基 于 质 心 调 节 的 机 器 人 越 障 构 型 ．该 构 型 自由 度 少 ， 制 简 单 ， 够 减少 越 障 过 程 提 控 能
图１ ａ为防振 锤 的外 形 ， 它安 装在 架空 地线 上 ， 到 增 大输 电线 系统 阻尼 以抑 制 输 电线 路 在风 的 起
作用下 产 生振 动 的 目的．单 悬 挂金 具 用 于悬 挂输 电线 ， 其一 端 与塔 杆 相连 ， 一端 支 撑 架 空地 线 ， 另 见
图 １ ．双悬挂 金具 实 际上是 由 ２个单 悬挂 金具 组成 ， ｂ 二者 间距 离 ４ ０ｍｍ 左 右 ， ０ 一般在 十 几个 杆塔 之
１ 架 空地 线 上 的主 要 障碍 物
架 空地线 上 的典 型障碍 见 图 １ ．
ａ 防振锤 ．
ｂ单悬挂金具 ．
Ｃ最悬挂金 具 ．
ｄ压接管 ．
图 １ 架 空地 线 上 的 典 型 障 碍
Ｆｉ １ Ｏｂｓａ ｌ ｓ ｏ ｅ ｈ ａｄ ｇｒ ｎｄ ｗｉｅ ｇ． ｔ ｃ ｅ ｆｏｖ ｒ ｅ ｏｕ ｒ ｓ
２ 巡检 机 器人 越 障过 程 分 析
２ １ 剖 分 式 行 走 夹 持 机 构 原 理 ．
超高 压巡 检机 器人要 在架 空地线 上行 走大 多采 用行走 轮 ． 这是 因为 行走轮 能够 实现 连续 运动 ， 且
行走 轮与架 空地 线之 间 为滚动摩 擦 ， 架空 地线 的损 伤程 度较 小．文献 ［ ］ 中 ， 走轮 采用 整体 式结 对 ５“ 行 构 ， 要从 障碍 物 的侧 面 和上方 跨越 障碍物 ， 种结 构简 单但 使越 障过 程 变得 复杂 ．本 文 采用 剖分式 需 这
行走 轮 ， 图 ２所 示 ， 由剖分 轮 、 如 它 丝杠 、 螺母 、 杆 、 导 支架 、 持 电机 、 夹 行走 电机 等组 成 ， 工 作原 理 如 其 下： 夹持 电机带 动具 有左 右螺纹 的丝 杠 ， 过螺 母实 现两 剖 分 轮的开 合 ， 下方 通 过 障碍物 ．此外 ， 通 从 当 夹持 电机 驱动 丝杠 旋转使 剖分 轮继续 向中间运 动 时 ， 用聚 氨酯 的弹性 完成对 架 空地线 的夹 持 ， 利 如图 ２ ．同时 ， 剖 分轮 上 线 闭合行 走 时 ， 空 地线 位 于封 闭的机 构 内部 ， ｂ 在 架 这样 可 以有效 地 防止 行走 轮脱
分 体机构 ｕ 等 ．超 高 压输 电线 路巡检 机 器人 的主 要功 能是 在 电磁干 扰存 在 的情 况 下 ， 超 高 压输 电 沿 线路 架空 地线 行走 巡 检 、 爬坡 、 障 ， 且将 检 测 到的 数 据 和 图像 资料 存储 传 输 至地 面工 作 站．本 文 越 并
在对 架空地 线上 障碍 物进 行分 析 的基础 上 ， 出 了一种 新 的基 于质 心调节 的巡 检机器 人越 障 构型 ． 提
５ ０
扬 州大学学报（ 自然 科 学 版 ）
第 １ 卷 Ｏ
间放 置 １ 双 悬 挂金具 ， 个 见图 １．架 空地 线 为钢 丝铝 绞线 ， ｃ 由专 门厂家 按 标准 生 产 ， 因此 它有 一定 的
长度 ．压 接管 实际上 是将 ２ 钢丝铝 绞线 连在 一起 的接 头 ， 根 一般 采用爆 炸方 法 或高 压 挤压 而成 ， 其结 构如 图 １ ．机器 人在 沿架 空地线 行走 时 ， 合轮爪 必 须能越 过 它们． ｄ 复
采用机 器人巡 检 超高 压输 电线 路拓 宽 了机 器人 技术 应 用 的领域 ， 以有效 地提 高巡检 作业 效 率 ， 可 保 证 线路 维护 质量 ， 低 运行维 护费用 ， 顾经 济和 社会 效 益 ， 降 兼 适应 市 场 的需 求 ， 其产 业化 前 景 广 阔 ， 是 近 年来巡 检高压 线技 术研 究 的热 点． 目前 ， 于巡检 机器 人 的研 究 尚处 于 实验 阶段 ， 关 国外 具代 表性 的研究 机构 有 日本东 京 电力公 司［２、 菱 电机株 式会 社 Ｌ 以及 加拿 大 魁北 克 研究 院Ｌ ，国 内 主要有 １］三 － ３ ］ ４ ］ 沈 阳 自动化 研究 所 、 津 大学 和 山东 大学【 、 汉 大学 Ｌ ］ ］天 ６武 ］ ７ 以及 北京 航空 航 天大 学Ｌ 等 ， 都 未 能做 ９ 但 到实用化 和商 品化 ， 主要 问题 在于越 障行 走机 构如 何有 效 可靠地 跨越 架空 地线 上的 各种 障碍 ， 其 因此 设 计适应 架 空地 线上 各 种 障碍 的越 障行 走机 构对 于 巡检 机器 人 实现 实 用化 和商 品化具 有 重 要意 义． 从 巡检机 器人 越 障过 程 分析 来 看 ， 选 的机 构形 式 有 轮臂 复 合 机构 Ｌ 仿 人 手臂 攀援 机 构 ］ 多节 可 １ 、 ２ 盯、