输电线路巡检机器人仿生结构研究
高压输电线路巡线机器人结构设计
编号南京航空航天大学毕业设计题目高压输电线路巡线机器人结构设计二〇一四年六月学生姓名曹嘉彬学号*********学院机电学院专业机械工程及自动化班级0510101指导教师王扬威讲师南京航空航天大学本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：高压输电线路巡线机器人结构设计）是在导师的指导下本人独立完成的。
尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
作者签名：年月日（学号）：高压输电线路巡线机器人结构设计摘要目前在国内，高压输电线路的巡检、维护主要有两种方法：一种方法是人为地检查，其缺陷有人工劳动强度大、工作效率低、可靠性差、存在检查的盲区；另一种方法是用直升机检查，虽然这种方法有较高检测效率和精度，但是这种方法受一些环境因素的制约，同时不仅增加了巡检的技术难度，还将大大增加巡检的费用。
所以急需一种可以替代之的工作方式。
移动机器人技术的发展为高压输电线的检查工作提供了新的手段。
本文首先介绍了高压输电线路巡线机器人的研究背景及意义，综述了国内外巡线机器人的研究发展现状。
然后针对高压输电线路设计出一种全新的巡线机器人运动结构，该机构采用三臂式多自由度机械手臂，可以实现安全可靠的自主巡线，并且利用solidworks建立了巡线机器人的三维模型。
此结构的优点在于抓线能力强，运动稳定。
关键词巡线机器人，结构设计，运动学分析，动力学分析Structural design of high voltage transmission lineinspection robotAbstractAt present, there are mainly two methods in inspecting the transmission line: One method is artificially inspection which suffers from great labor intensity, low working efficiency and reliability and blind area of inspecting;the other method is the helicopter inspection, although this method enhanced inspecting efficiency and precision,it is rigour to the climate, moreover, it not only increases the technical difficulty for the viewer and the shooting device but also cost much more. So you can replace the need for a way of working. The development of mobile robot technology provided new means for inspection of the high-voltage transmission line.This paper introduces there search backgroundand significance of high-voltage transmission line inspection robot,summarizes the status of research and development at home and abroad inspection robot.Then for the high-voltage transmission lines to design a new structure inspection robot motio. The agency uses three arm multi-degree of freedom robotic arm can achieve safe and reliable autonomous transmission line and use solidworks established inspection robot of three-dimensional model .the advantage of this structure is that the strong grasp of line and stability of movement.Key words:inspection robot;structural design;kinematic anaylsis;kinetic analysis目录摘要 (i)Abstract (ii)目录 (iii)第一章绪论............................................................. - 1 -1.1巡线机器人研究目的及意义........................................... - 1 -1.2巡线机器人国内外研究现状........................................... - 2 -1.3本课题研究内容..................................................... - 5 - 第二章巡线机器人总体设计及理论分析...................................... - 7 -2.1巡线机器人工作环境分析............................................. - 7 -2.2巡线机器人的主要技术指标.......................................... - 10 -2.3巡线机器人运动学分析.............................................. - 10 -2.4机器人的工作空间分析.............................................. - 17 - 第三章巡线机器人详细结构设计............................................ - 19 -3.1巡线机器人机械手指结构设计........................................ - 19 -3.2巡线机器人跨线手臂与承重手臂结构设计.............................. - 21 -3.3巡线机器人连接手臂结构设计........................................ - 23 -3.4巡线机器人箱体结构设计............................................ - 24 -3.5轴校核............................................................ - 26 - 第四章巡线机器人越障能力分析............................................ - 28 -4.1巡线机器人越障步骤................................................ - 28 -4.2.机械臂运动学方程的正解............................................ - 29 - 第五章总结与展望........................................................ - 31 -5.1总结.............................................................. - 31 -5.2展望.............................................................. - 31 - 参考文献................................................................. - 32 - 致谢..................................................................... - 34 -第一章绪论1.1巡线机器人研究目的及意义电力系统，由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。
高压输电线路智能巡检机器人的研制与应用分析
高压输电线路智能巡检机器人的研制与应用分析摘要：保证电力设备稳定正常工作和整个电力系统的安全运行是电力管理中的核心问题。
由于输电线路、杆塔等长期暴露在外界环境中，受人为因素、恶劣的天气状况、电气闪络、机械张力与材料老化等多种原因而产生线路断股、开裂、腐蚀等损伤，如果不及时检修的话，就会严重影响到电力的正常运行，甚至造成严重的停电事故和人身安全事故。
所以为了确保输电线路的安全运行，必须定期对输电线路进行巡检，了解输电线路的健康运行状况，消除事故隐患。
关键词：高压输电线路；智能巡检机器人；研制引言我国高压输电网覆盖面积大、联网程度高，同时随着国民经济的发展，对电力系统可靠性的要求越来越高，特别是用户要求输电线路安全可靠地保证不间断供电，因此必须采取措施确保线路的连续供电。
1穿越越障巡检机器人系统1.1系统组成巡检机器人系统是由终端层、基站层和通信层组成的网络分布式系统。
终端层由巡检机器人本体、太阳能充电基站和地线道路改造结构三部分组成，是整个系统实现巡检功能的核心部分。
通过机器人本体与地线道路改造结构的一体化设计，实现了巡检机器人安全高效越障的目标。
机器人本体电量不足时，会自动在太阳能充电基站处进行充电，以满足长距离运行的电能在线补给需求。
基站层由地面控制基站组成，其为车载或人工携带的地面移动监控操作平台，与巡检机器人本体间通过以太网或3G公网通信，实时接收机器人的状态信息、发送地面遥控指令、接收并保存巡检图像与数据、对巡线机器人本体进行视频监控。
通信层由安装在巡检机器人本体上的无线网络移动站和3G无线路由器等设备组成，其通过以太网和3G无线公网数据传输技术为终端层和基站层提供高效透明的数据传输通道。
1.2主要功能（1）图像分析处理功能：后台分析诊断管理软件，可以实现自动导入巡检图像和数据信息、报表生成与打印、绝缘子污秽评价、可见光图像处理、导线动态增容决策等功能。
（2）行驶越障功能：沿改造后的架空地线穿越行驶，小坡度（不大于８°）下自主滚动行驶穿越防振锤、悬垂线夹和耐张线夹等组合障碍物，大坡度（大于８°）下自主蠕动行驶穿越上述障碍物。
输电线路智能巡线机器人的研究及应用
１ 机器人系统模型的设计思路
机器人系统应该能够实现智能远程控制，能够 进行自主学习，并具有完备的任务模块和电 源 模 块。这样巡线机器人能够自主地在输电线路上进行 巡检，能够将巡检情况及时反馈给监控中心，并做 出相应的动作进行处理。因此机器人系统应具备以 下功能模块。
供电模块，当机器人在带电线路运行时采用动线 供电，同时向电池充电；若为故障线路时，则直接利 用电池进行供电，从而不仅使机器人适用于多种任务 条件之下，同时还能尽可能的节省用电，增强电池的 使用寿命。当机器人结束工作任务后，根据自身的电 量使用情况回到最近的驻留巢穴进行充电，以便下一 次的任务指令。
近年来国家提出智能电网的发展规划，也推动了 输电线路巡线智能化的发展。机器人巡检不仅可以节 省大量人力，还能够完成大量人工难以完成的巡检任 务。因此，研究一套能够自主学习、智能控制、能够 处理多种复杂任务的巡线机器人系统，这对于提高巡 检效率，快速处理故障、消除潜在隐患，保证输电线 路的正常运行有着重大的意义。
式适用于情况复杂的线路或者需要进一步确认故障的 情况。这三 种 工 作 模 式 在 机 器 人 完 成 了 工 作 指 令 之 后，自动返回巢穴，等待之后的指令。
各个状态以及工作模式之间的切换及切换条件如 表 １所示：
状态 （前） 待机状态 充电状态
工作状态
表 １ 各种状态的切换
条件
状态 （后）
接收巡检任务
在半自由巡检模式下，机器人按照预先设定的巡 逻线路进行巡逻，在完成了规定的巡逻任务之后返回 最近的驻留巢穴恢复待机状态，若电量不足则进入充 电模式；在 自 由 巡 检 模 式 下，机 器 人 进 行 随 机 的 巡 检，自动地沿底线行走。这两种工作模式适用于一般 的常规检查。在手动控制模式下，工作人员可以通过 操控中心向机器人发出指令进行进一步检查，这种模
高压输电线路巡线机器人结构设计
高压输电线路巡线机器人结构设计一、引言高压输电线路是电力系统中的重要组成部分，保证了电能的高效传输。
然而，高压输电线路巡检是一项危险而繁重的工作，传统的人工巡线方式存在一定的隐患和不足。
为了提高巡线效率和保障工作人员的安全，设计一种高压输电线路巡线机器人成为了必要。
二、机器人结构设计要求1. 安全可靠：机器人在高压输电线路的复杂环境中能稳定运行，避免人工巡线带来的安全风险。
2. 自主性：机器人能够根据预设的路线自主巡线，减轻操作人员的负担。
3. 精准性：机器人具备精确的定位能力，能够准确检测高压输电线路的各项参数。
4. 灵活性：机器人具备良好的机动性，能够适应不同形式的高压输电线路巡检任务。
三、机器人结构设计方案1. 底盘设计底盘是机器人的核心部件，需要具备重载、稳定和越障能力。
采用四轮驱动和悬挂系统设计，可增强机器人的通过性和稳定性。
同时，在底盘上配置导航系统和传感器设备，实现自主巡线和环境感知功能。
2. 机械臂设计机械臂是机器人进行巡线和检修的关键部件。
机械臂的设计应具备强大的承载能力和灵活的运动性能。
采用多关节结构设计，使机械臂能够在复杂的高空环境中完成各项任务，如巡视、更换设备等。
3. 传感器配置为了提高机器人的感知能力，需要配置多种传感器设备。
如激光雷达、红外线传感器等用于环境感知和障碍物避免；高清摄像头用于线路检测和故障诊断；热像仪用于检测线路温度异常等。
通过传感器的数据融合，提高机器人的巡线效果和准确性。
4. 控制系统设计机器人的控制系统应具备稳定的性能和灵活的操作接口。
采用高性能的嵌入式控制器，实现机器人的自主巡线、路径规划和数据处理等功能。
控制系统还应支持远程操控和实时监控，方便操作人员对机器人的控制和监控。
5. 能源管理设计机器人的能源管理设计对于实现长时间的巡检任务至关重要。
采用高能量密度的锂电池作为机器人的主要能源，并配置智能充电系统和节能模式，延长机器人的工作时间和寿命。
超高压输电线路故障巡检机器人系统设计与优化研究
超高压输电线路故障巡检机器人系统设计与优化研究引言超高压输电线路是电力系统中起关键作用的设备之一，它的安全运行对电网的稳定运行至关重要。
然而，由于其运行环境复杂多变，故障巡检成为一项具有挑战性的任务。
为了提高输电线路故障巡检效率和减少人工干预，设计并优化一套超高压输电线路故障巡检机器人系统显得尤为重要。
一、超高压输电线路故障巡检机器人系统设计1. 巡检机器人结构设计巡检机器人的结构设计直接影响到其在复杂环境中的运行性能。
针对超高压输电线路的特点，设计一种具有灵活性和可靠性的机器人结构。
该结构应具备轮式底盘、可伸缩臂和多关节手爪等功能模块。
轮式底盘能够保证机器人在线路上的稳定行驶。
伸缩臂和手爪模块能够进行各种检修和维护任务，包括更换电气设备、固定螺栓和拧紧导线等。
2. 软硬件系统集成巡检机器人的软硬件系统集成是关键环节。
软件系统应具备路径规划、远程操控和巡检数据分析等功能。
路径规划算法能够根据输电线路的特点和实际情况，规划出最优的巡检路线。
远程操控系统能够实现对机器人的远程控制，提高操作人员的安全性。
巡检数据分析系统能够对机器人收集到的数据进行处理和分析，快速准确地识别可能存在的故障点。
3. 通信技术应用巡检机器人与操作人员的及时沟通对于故障处理非常重要。
利用无线通信技术，实现巡检机器人与操作中心之间的实时数据传输和远程控制。
采用先进的通信技术，如5G网络或卫星通信，可以保证传输的稳定性和可靠性，提高巡检机器人系统的应用效果。
二、超高压输电线路故障巡检机器人系统优化研究1. 效率优化为了提高超高压输电线路故障巡检机器人系统的效率，可以采用多机器人协同作业的方式。
通过合理的任务分配和路径规划，使多台机器人在同一时间内分别对不同区域进行巡检，大大提高了巡检效率。
此外，采用自主充电技术，使机器人能够自动回到充电桩进行充电，降低操作人员的干预。
2. 精度优化超高压输电线路的安全性对于电网的运行具有重要意义。
输电线路智能巡线机器人的研究及应用
输电线路智能巡线机器人的研究及应用摘要：在经济快速发展和人民需求不断增长的背景下，社会需要更多安全可靠的电能，这就对输电线路提出了更高的要求。
然而，现阶段的输电线路还存在着各种各样的问题。
根据研究表明，将输电线路巡线机器人运用到智能电网的发展中具有积极的意义。
因此，本文将分析输电线路的现状，并以此探讨研究应用巡线机器人的优势所在，结合实际情况提出巡线机器人的具体设计思路，希望能够对未来的输电线路巡检起到积极的意义。
关键词：输电线路、智能巡线、巡线机器人一、输电线路的现状及巡线机器人的优势在整个电网建设和运行的过程中，输电线路都是最为重要的一环。
为了保证电网的安全稳定运行，这就对输电线路建设和运维的要求极为严格。
通常，输电线路杆塔架设首选在丘陵或者山上的无人区，但也因此容易受到大风、雷电和山体滑坡等自然因素影响，而架设在平原地区的输电线路，又容易遭受外力破坏以及违章建筑等人为因素影响，导致输电线路可能出现导线断股、杆塔变形等情况，若不能及时发现处理，将会造成线路跳闸，甚至断线、倒塔等严重事故。
这不仅仅影响周边片区的供电需求，还威胁着周围过往的人身、畜牧的安全。
目前，输电线路的巡检方式主要采用人工巡检、无人机巡检和直升机巡线的方式。
然而，这三种巡视方式都存在着一定的弊端。
其中，人工巡检需要投入大量的人力成本，并且在应用的过程中由于视野的局限性，使得人工的巡检并不能够对整个线路的高空状况进行观测和判断。
另外，在人工巡检中，还需要耗费大量的徒步时间，容易导致巡视的工作任务难以完成。
无人机巡检是目前主流的巡检方式，但使用无人机巡线存在着无人机系统故障的因素、机载设备性能衰退的不可控因素、以及飞行环境的因素等。
无人机本身设计的问题，电池容量不能过高，导致了飞行的续航能力有限，而巡视工作需要耗费大量的时间在高空对线路进行检查，这就迫使无人机需要频繁的更换电池，严重影响工作效率。
在空闲时，巡检人员应对无人机定期进行固件升级、校准，来让它保持良好的状态，降低故障因素。
输电线路巡线机器人仿生机构研究综述
图1三臂悬挂式巡检机器人2018年,从人爬树运动研究中得到启示,完成了
型四臂巡检机器人[5]的机构设计,如图2。
每条手臂设计了1个回转关节,每条伸缩手臂设计了
变机器人受力状态,提高机器人的爬坡
图2四臂巡检机器人
物仿生巡检机器人
图3蛇形巡检机器人
2013年,东北大学提出了一种仿蛇形爬行平行四边形结构的巡检机器人[8],这种机械结构形式使用平行四边形结构代替了仿猿形伸缩臂的机构,具备了较长的机器人横向长度,保证了巡检机器人能有比较大的工作空间,便于输电线路上导线以及金具的正常工作。
图4平行四边形仿蛇形巡检机器人
4仿生巡检机器人的发展趋势
输电线路巡检机器人作为一种新型的特种机器人,大大的解放了电力员工的工作强度与时(下转第46页)
35
Science&Technology Vision科技视界。
论高压输电线路巡线机器人的研究与设计
论高压输电线路巡线机器人的研究与设计摘要：电力供应作为基础性能源保障，对整个国家的经济发展具有重要意义，关乎人们日常生活和生产各个方面，有利于保障和改善民生。
因此需要做好高压输电线路的建设和维护工作，不断提升线路运行质量。
总体而言，我国高压输电线路的安装自然环境较差，地形复杂，坡度较大，条件恶劣，这对线路的日常检查和维修提出了更高的要求。
新时期利用智能科技将机器人应用到线路检测领域，利用智能巡线来实现对电力系统的检查，有利于实现高压输电线路维护的经济化和专业化，减少巡查检测成本，同时提升管理的质量和效率，有利于促进高压输电线路的安全和平稳运行，为高压线路的维护做好技术保障。
关键词：高压输电线，巡线机器人，研究与设计引言社会经济的发展和城市化进程加快对电力的需求越来越大，短时期内高压输电线路的数量巨增，分布范围越来越广，对电压的运输等级也越来越高因此需要切实维护电力供应的安全性和稳定性，保障社会电力供应。
受高压输电线路分布区域地理环境的影响，线路覆盖区的地形十分复杂，同时杆线距离地面距离较大，而线径较小，因此，如果线路表面有污秽物和较低低程度的破损，不容易被管理人员发现，而这种微小的问题很容易导致线路故障，增加线路运行的安全隐患，影响高压电线运输的安全性和稳定性。
因此，因近期检查线路运行状况，及时发现线路存在的秀蚀和破损、断骨等问题，根据具体问题，才需要针对性的措施加以调整，保障线路运输安全。
黑石街在线路巡视领域应用智能化机器人，有利于提升巡视工作的准确性和有效性，提升高压线路管理的智能化水平。
智能巡视机器人加机械和自动化控制、传感器等各种功能及于一体，应用在电力系统进行线路巡查，有利于提升整个线路管理工作的专业化水平，更加经济的进行线路维修，有利于促进电力行业的智能化水平。
1 现阶段电网巡视方式概述当前我国电网巡线主要有三种方式：人工巡线，无人机巡线和利用智能机器进行巡线。
第一种人工巡线方法比较传统，通过派遣巡线人员，利用肉眼对视线范围内的输电线路进行观测和检查，工作量较大，工作强度大，而且较为辛苦，面对我国输电线路覆盖范围越来越广，地形极为复杂的状况，人工公巡线已无法满足电网巡线要求。
输电线路巡检和清障机器人研究
输电线路巡检和清障机器人研究摘要：介绍一种输电线路巡检和清除异物机器人的研制。
该机器人能在导、地线上行走、越障，替代线路工人带电上导、地线完成巡视、清理异物的任务，且轻便、快捷，避免工人等电位在有损伤隐患的导地线上作业的风险，也减少线路工人高处作业、带电作业的风险，提高巡检和清障效率，具有实用和推广价值。
关键词：输电线路巡检清障；机器人1 引言架空输电线路长年在野外运行，导线、地线上经常会有广告布、大棚薄膜、气球、风筝等飘浮物缠绕，缠绕物如不及时清除会危及线路的安全，传统的清除方法就是带电作业人员等电位上导、地线清除异物，也有利用绝缘斗臂车配合操作杆清除。
原有异物清除方法都要工人带电和高处作业，危险性较大，且异物缠绕导线放电会损伤导、地线，因此人工上导地线作业极具风险。
架空输电线路导地线的损伤断股仅仅依靠地面人员巡视很难发现缺陷，因此也需要能替代人工上导、地线去近距离检测判定的装置。
为此贵州电网兴义供电局在有关厂家的配合下研制专门在导、地线上自行行走，能跨越障碍物体，并能清除导线上缠绕的异物，又能在导线上进行巡视检测的机器人。
2 机器人构成和工作原理2.1行走越障机构导地线上巡检和清障机器人，必须能满足在一定规格范围的导、地线上行走，并能越过防震锤等金具，同时在清障工作时能可靠锁定。
本导线巡线清障机器人的行走和越障机构采用两组行走轮机构，以及控制行走和越障机构的控制器。
行走和越障机构具有两个行走轮，行走机构转动设置于机架上，行走机构通过控制器可以在机架上转动，使其中一个行走轮脱离并高于导线，从而越过防震动锤等障碍物（图1），且具有稳定性好、结构简单的优点。
两组活动轮由一个行走电机和一个跨越动作电机来驱动，保证在导线上快速行走，当遇到障碍物时能自行越过障碍物（图2）；为了增加爬坡能力和行走速度，设计有自紧式辅助轮配合两组滑动轮行走；当机器人要实施清除异物作业时必须要稳定可靠，因此本项目设计了锁紧机构（图3），锁紧机构能在导线上固定抱紧，保证清障作业时机器人不倾翻。
高压线巡检机器人的结构设计
1 绪论1.1 课题的研究背景高压输电线路担负着我国电力传输的重任，它的安全可靠运行直接关系到国家经济的稳定发展。
目前，采用高压和超高压架空的电力线路是长距离输配电力的主要方式，电力线路作为电力系统的重要组成部分，长期暴露在自然环境中，不仅要受正常机械载荷和电力负荷的内部压力，还要经受污秽、雷击、强风、滑坡、沉陷等外界侵害，将会促使线路上各元件产生老化，如不及时发现和消除，就可发展成为各种故障，对电力系统的安全和稳定运行构成威胁。
因此，线路巡检是有效保证输配电线路及其设备安全运行的一项基础工作。
线路巡检工作就是通过对输配电线路的巡视检查来掌握线路运行状况及周围环境的变化，及时发现设备缺陷和危及线路安全的隐患，提出具体检修意见，以便及时消除缺陷、预防事故发生，或将故障限制在小范围，从而保证输配电线路安全和电力系统的稳定。
对高压输电线路传统的巡检方式有飞机巡检、车辆巡检和人工巡检。
飞机巡检是指检测人员在直升飞机上利用望远镜或其它检测工具对线路进行巡查，发现是否存在缺陷和故障，如图1-1所示。
一般安排在晴朗、能见度较好的天气条件下进行，不过由于直升飞机飞行速度的影响，线路从巡检人员的视野中快速经过，且巡检时一般要求直升飞机靠近高压线路飞行，因此这种巡检方式对巡检人员和飞行员的技术要求都较高。
此外，飞机巡检易受气候变化、航空管制等影响，运行成本高，危险性大[1]，难以得到推广。
高压线巡检机器人的结构设计图1-1 飞机巡检方式Fig.1-1 Aircraft inspection methods车辆巡检是指在车辆等地面交通工具的配合下，巡检人员携带各种检测设备对线路进行巡查，如图1-2所示。
这种检测方法机动性较好，成本也较飞机巡检低，在条件允许下，还可利用车辆承载能力强的特点，额外携带检修工具，根据需要就地开展检修。
这种巡检方法的缺点是需要地面道路的支持，受地形的限制，在高山、丛林或沼泽等地理条件复杂的区域，车辆无法到达，巡检工作无法顺利开展。
基于输电线路带电作业巡检清障机器人的研讨
基于输电线路带电作业巡检清障机器人的研讨摘要：近年来，受大风、雨雪等恶劣天气的影响，因刮到高压线路上的异物造成的放电、短路等电力线路故障时有发生，严重影响电网安全运行和供电可靠性。
传统的清障方法是停电检修或带电作业，不仅工作效率低，而且危及人身安全。
因而高压输电线路的清障问题一直是一个难以解决的问题。
架空输电线路清障机器人可以携带专用工具，快速准确地清除悬挂在输电线路上的风筝、塑料大棚棚布、塑料地膜等危及输电线路运行安全的异物。
本文主要针对输电线路带电作业巡检清障机器人进行了相关研讨。
关键词：输电线路；带电作业；巡检；清障机器人架空高压输电线路是输送电力的重要设备，尤其是500kV超高压输电线路。
传送容量大，输电距离长，其运行的安全可靠性必须得到足够重视。
架空输电线路上非金属异物的悬挂一直是影响电网运行安全的重要隐患之一，故需对架空输电线路上非金属异物进行清理。
然而传统的停电或用绝缘操作杆、绝缘绳来清理输电线路上异物的方式存在安全风险大、管理成本高、作业周期长、效率低等问题，难以满足智能电网的需求，因而迫切需要发展新的异物清除方式。
1研究现状国外对于这方面已有较成熟的研究，如东京电力公司的Sawada等人研制了光纤复合架空地线巡检移动机器人，美国TRC公司研制了悬臂自治巡检机器人的样机系统，加拿大魁北克水电研究院的研究人员开发了HQLineRover遥控小车等。
总体而言，这些解决方案的基本思路是：人工背带设备上到输电杆塔上，用绝缘杆把设备放置于输电线路上，让设备顺着线路爬运清除导、地线上的导物。
而这些方案基本都存在以下缺点：需要人员上塔安装；设备下线时，也需要人员上塔取带；无视频与夹持异物装置，易误操作；作业风险较大；设备的保护性较差，抗干扰性弱；自主跨越障碍物的能力较差。
研发输电线路带电作业巡检清障机器人可以很好地解决上述问题，此设备可在带电情况下作业，且能有效避免人工上线操作清除异物的危险，防止引发地线损伤、断裂等重大问题，有效加强输电线路巡检力度，提高运行检修效率，减少停电带来的经济效益上的损失和社会效益上的不良影响，为生产单位、应用单位和社会各界创造可观的经济和社会效益。
高压输电线路智能巡检机器人的研制与应用
高压输电线路智能巡检机器人的研制与应用摘要：为了把机器人的巡检功能更加完善化，更加的满足实际的需求，而进行的一些改变设计。
由于高压输电线路的施工环境很复杂，所以需要机器人进行巡检，目前的机器人巡检方式比较单一，而且有一定局限性，在穿越故障区域的时候没办法自动长距离运行的问题，所以对于这个问题进行了考察和设计，对于机器人的结构问题，使用中的控制问题，对于当前机器人的大小体重问题进行了考察和重新的设计，也考虑到了电源长时间使用不足的问题，是否使用太阳能等代替原来的电池充电的问题，加强机器人的使用时间，完善机器人的短板跟缺陷。
让机器的更加的完善，还有对于机器人控制使用的问题。
通过以太网或者 3g 等方式进行加强，由于地形特殊，所以也要考虑对于上坡或者下坡或者崎岖路线的行走方式等。
对于巡检方式的加强，譬如增加红外线等方式。
通过这些对于主要功能和系统功能的提升，让机器人更加人性化，更加接近现实，对于高压输变电巡检的更加精确化，更加的高效，使巡检之前的问题迎刃而解。
关键词：高压输电线路；智能巡检机器人；研制与应用正文：高压输电线路的技术水平比较高，且地理位置大多数比较严峻，对于高压输电线的巡检就成了必不可少的环节，巡检也给高压输电线路的安全带来了保证，防止意外的发生。
高压输电线路可以进行人工巡检，人工巡检有一定的危险性，因为其环境的因素，容易出现人员伤亡。
直升机巡检，减少了人工巡检的危险性，但是成本比较大，对于巡检也不能仔细的进行。
机器人巡检，安全性高，成本比较低。
但是目前的机器人的巡检方式比较单一，很多实际问题不能得到解决。
没有办法和人工或者直升机巡检一样长距离并且高效的完成巡检过程，所以在根据实际问题的情况下我们根据武汉大学研制的巡检机器人进行进一步的提升和完善，对更多的实际问题可以得到解决，让机器人巡检更加的好。
1.穿越越障巡检机器人系统1.1 系统组成高压输电线路巡查过程中，需要很多检测，确保其安全性。
超高压输电线路巡线机器人结构设计与运动学仿真
李晓舟，许金凯，于化东，孙志怀，刘岩
（长春理工大学 机电工程学院，长春 130022）
摘 要：针对 500kv 超高压输电线路巡检作业，提出采用步进式与轮式混合爬行机构的巡线机器人作业方案，建立
了巡线机器人基于特征的参数化模型，以此为基础建立了该机器人的虚拟样机；从机构学的角度分析了巡线机器人
操作臂的关节角位移、角速度等参数；基于 ADAMS 建立了运动仿真模型，对巡线机器人进行了运动仿真，验证了
超高压输电线路分布地点多、面积广，所处地 形复杂，自然环境恶劣。电力线及杆塔附件长期受 机械张力、电气闪络、材料老化等的影响，会产生 断股、磨损、腐蚀等损伤，如不及时修复，将导致 严重事故，给电力传输带来极大隐患。因此，必须 对输电线路进行定期巡视检查，随时掌握和了解输 电线路的运行情况以及线路周围环境和线路保护区 的变化情况，及时发现和消除隐患，预防事故的发 生，确保供电安全。
机械手的运动轨迹要求机械手端面平行于避雷 线，这样用两个旋转关节就可以使机械手的姿态满 足要求，且机械结构更加简单，减轻了重量。综合 考虑后确定该机械手具有四个自由度，其中手臂两 个自由度确定机械手的位置，后两个自由度确定手 的姿态，最后确定其结构形式如图 3 所示。
1.1 方案要求
针对 500kv 电压等级高压架空输电线路(其中： 避 雷 线 规 格 为 LGJ500/45、悬 垂 线 夹 规 格 为 CGF-6X、防振锤规格为 FD-6［8］)，巡线要求，巡 线机器人必须具备自主越障和爬坡能力。机器人在 分布式计算机控制系统的控制下，能够以一定的速 度沿架空线路运动，并能跨越防振锤、耐张线夹、 悬垂线夹、跳线等障碍，具有自动刹车自保功能， 以避免从高空摔落。其巡线作业环境如图 1。
图 5 Adams 环境下的机器人模型 Fig.5 Adams environment of the robot model
超高压输电线路智能巡检机器人的研究
蓖穆
・
ｌ２ ８・
科 教 文 化
分析职业 中学 对学 生音 乐素 养的培 养
周 文 芳
（ 东职 业 中 学 ， 东 惠 州 ５６ ０ ） 惠 广 １０ ０
摘 要： 随着现代教育的快 步发展 ， 乐作为德智体 关劳教 育中的一个模块 ， 音 受到 不少学校 的重视 。在教育发展的前期 ， 乐素养的 音 培养没有得到人们 的重视 ， 只注重其他学科 的理论知识 ， 使得学生教 育知识发展 不平衡 ， 没有的到全面发展 。目前教育部 已经把音乐素养 培养纳入到 学生课程 中的一 门必修课 。本文将简单分析职业 中学对 学生音乐素养的培养 。 关键词 ： 职业 中学 ； 学生音乐素养； 养 培 音乐素养 的培养有利于发展个人 的素质 ，塑造健 全的人格 ， 行艺术实践 ， 陶 表现音乐的重要手段 ， 是音乐教学中的重要内容 。 唱 在 冶个人情趣 ， 增加生括色彩 。 学校要对学生进行全方面 的教育 ， 就必 歌教学过程中 ， 包含了音 乐表现能力 ， 感受能 力和鉴赏能力的培养 ， 须要根据学生 的实际情况， 制定出有效的教学方案 。调动学生的学 包 含 了识 谱 能 力 ， 歌 技 巧 的 学 习 和 运 用 ， 唱 整个 唱 歌 教 学 是 通 过 艺 习兴趣 的同时 ， 也要提高教师 的职业 的专业 知识 ， 使老 师充分的做 术 形 象 的 感 染 ， 学 生 进 行 思 想 教 育 情 操 陶 冶 的过 程 ， 每 一 首 歌 对 唱 好指导工作。本文将简要分析职业 中学培养学生音乐素养 的发放 ， 曲 是完 成 教 育 任 务 ， 养学 生 审 美 能 力 的 有 力 手 段 ， 歌 是 音 乐 教 培 唱 并对 进 行 音乐 素 养 的 培 养作 用 进 行 研 究 。 学 中易于被学生接受 、 爱 、 喜 理解的艺术形式之一。 师应通过范唱 教 １职 业 中学培 养学 生 音 乐 素 养 的方 法 使学生感到歌曲的完整艺术形象 ， 培养较强 的艺术表现力以及对歌 学校重视学生音乐素养的培养 ，提高学生的个人综合 素质 ， 培 曲 的分 析 能 力 。 同时 加 强 对 学 生 发 声 练 习 、 声 的方 法 对学 生 进 行 练 养学生音乐素养 的方法是多种 多样 的，要采取有效的教育方法 ， 训 练， 么将会给学生唱歌带来事半功倍的效果 。 提 那 第二 ， 培养学生音 高教育质量。 第一 ， 不断提高教师 自身的音乐修养。 老师不仅要钟爱 乐欣赏能力的素质。音乐欣赏教学的 目的不 是给学生欣赏音乐 ， 而 有灵 性 、 悟 性 、 有 音乐 素 质 高 的学 生 ， 对那 些 “ 音 不 全 ” 悟 性较 差 、 是 使学生会欣赏音乐 ， 五 、 用审美的态度享受音乐 ， 并在审美教育 中得 音乐 素质 较低 的学 生也 要 爱 ， 能 出现 偏 心 的不 良现 象 ， 尊 重 学 到智 、 、 、 不 要 情 意 行上的潜移默化 ， 是音乐欣赏的最高 目标 。 音乐欣 赏是 生 ， 养 学生 。 师应 具 备 较 高 的 素质 教 育 理 论 水 平 ， 善 于 引导 学 培养学生对音乐的爱好兴趣 ， 培 老 要 增强学生对音 响艺术感性或理性 的认 生， 让他们发现学习音乐 的好处 ， 提高学 习兴趣 ， 增强他们学 习的主 识 。提 高 审美 趣 味 ， 要 的是 要 理 解 、 受 音乐 的表 现 手段 。要 注意 重 感 动性 、 积极性 。 同时老师应有扎实的专业素养和一专多能的本领 ， 在 音 乐 作 品 本 身 的 形 式 美 ， 旦 离 开 标 题 和 解 说 ， 难 把 握 音 乐 作 品 一 很 音乐欣赏方面 ， 要能扩大学生音乐视野 ， 发展他们形象思 维和欣赏 的内涵 、 意境和风格特点 ， 因此要加强对学生音乐 表现手段 的学习 ， 分析能力 ， 教师要开拓视野 ， 广泛涉猎 ， 挖掘音乐的深层 内涵 。 第二 ， 学 习音 乐 表 现 手 段 的 作用 ，使 学 生 审 美 直 觉 能 力 的进 一 步 提 高 ， 听 不 也 理想 采用 丰富多彩的课堂教学形式 培养学生 的音乐兴趣 。通过用心的 、 赏 音乐 也 不 必 要 沉 醉其 问 ， 由 自主 ， 需 要 有 些 客 观 的态 度 。 充分的备课 ， 深研教材 ， 挖掘教材的思想 因素 ， 要注重将 思想教育渗 的聆听者是既能进人音乐又 能超脱音 乐 ， 时而 为它所 陶醉 ， 时而又 透于音乐教学之中 ， 注重教学 艺术 和思想教育相结合 ， 让学生在轻 能对它进行冷静的评议 。培养学生音乐欣赏能力 ， 要抓住学生的想 松 愉 快 的心 境 中置 身于 音 乐 学 习之 中 。调 节 课 堂 气 氛 ， 良好 的课 堂 象力 ， 又要抓住音乐表现手段 的理解 ， 这样才能提高学生音乐 素质 气氛是教学工作开展 的重要前提 ， 教师在课堂上的主导地位是不会 和音乐欣赏能力的根本途径 。第二 ， 三 培养学 生学 习乐器的音乐素质 改 变 的 ， 在 具体 实 施 教 案 时 ， 生 都 不 予配 合 ， 堂 气 氛无 法调 动 乐 器 是 音乐 艺 术 巾表 现 丁具 之 一 ， 音 各 不 同 ， 种 类 繁 多 ， 器 的 但 学 课 声 且 乐 构 技 它 起来 ， 其原因主要在于教师不善于调动课堂的气氛 ， 要调节 、 保持 良 性 能 、 造 和 音 色不 同 ． 能也 就 不 可 能 完全 一 样 。 们 除 了具 有共 对于人 的心理特点也有不同的要求 。正确的使用音乐 好 的课堂气氛就应做到教师与学生建立 良好的师生关 系。 要提高教 同因素之外 ， 听觉 能力 ， 掌握正确 的音 准与节 师 自身素质 ， 增强 临时应变能力等 。 培养学生的音乐兴趣 ， 让学生带 工具对于培养学生 独力认谱 能力 ， 着兴趣 ， 学习音乐 、 感受音乐之美 ， 从而达到音乐教学之 目的。 第三 ， 奏 感 ， 化 理 论 知 识 的记 忆 ， 得 音 乐 语 言 的基 本 知 识 与 刨 造 性 的 强 获 通过音乐欣赏课帮助学生树立正确的人生观和价值观 。 音乐欣赏教 思维发展等方面都具有重要的意义。对学生传授音乐知识 的理论 ， 并结 合教学 内容与其他实践活动 ， 贯穿 学是 实施美育 的重要手段 ， 是培养学生德智体美 劳 ， 全面贯彻发 展 这是保障音乐演奏 的前 提 ， 提 丰 加 教育 方 针 的重 要 组 成 部 分 。音 乐 欣 赏 教 育 对 青 少 年思 维 力 、 造力 教 学 当中 ， 高 乐 器教 学 质 量 ， 富 教学 内容 。扩 大 音 乐 视 野 ， 强 创 潜能 的激发 ， 以及对事物的认识 能力 和意 志力等方面有着极其 良好 学生的全面音乐素质修养 ， 无疑是十分有益 的。 ３ 总 论 的促进作用。 从音乐审美体 验中获得 了真善美 。 四、 第 丰富的音乐课 音乐最终 目的是教育人 ， 音乐能感动 人 ， 个懂 得音乐的人会 一 外活动的开展能够促进学生优秀品德的养成 。 音乐教育不仅在课堂 上 ， 还 要 延续 到课 外 音 乐 活 动 。课 外 音 乐 活 动 既 是 课 堂 活 动 的 有 多 重 方 面 的体 验 和 感 受 ， 对 人 的思 想 和 灵 魂 起 着 潜移 默 化 的作 而且 它 能使人在品格 、 情操等方面起变化 。因此 ， 我们要 充分 利用音乐 延续 ， 是 发 现 、 养 和 造就 音 乐 人 才 的 好 园地 。 样 既 可丰 富 和 活 用 ， 也 培 这 跃校 园文化生 活， 培养学生的审美能力 ， 提高学生的艺术 素养 ， 陶冶 课 和 德 育 相 结合 ， 培养 学生 各 方 面 的音 乐 才 能 和 创 造 性 的思 维 去 研 去探讨 ， 这对于提高学生各方 面的音乐素质很重要。 学生 的情操 ， 而且在活动 中还可发现和培养人 才。根据学生对某一 究 、 方面的兴趣的特长 ， 组织音乐兴趣小组 ， 如舞蹈队 、 合唱 队 、 乐器 队， 参 考 文献 这些 兴 趣 小组 在 教 师 的 指导 下 ， 时 开展 活动 。多 种 形 式 的 课 外 活 ｆ１ 定 １鲁人． 音乐家的价值Ｉ． Ｊ 中国高新 区，０９ 】 ２０． 动 ， 以培 养 学 生 音 乐表 演 能 力 ， 发 他 们 学 习 音 乐 的 兴趣 ， 进 教 【 可 激 促 ２ 明远 终身教 育． 纪最重要 的教 育思潮 『ｌ职 业技 术教 育 ， ］顾 世 Ｊ ＿ ０１， 学质 鼍的进一 步提 高 ； 还可 以促进学生 的智力发展 ， 推动其他学 科 ２０ ８． 的学 习等 。也 为将 来 的 就业 奠 定 好 的 基 础 。
高压输电线路巡检机器人机械结构研究现状及发展趋势
高压输电线路巡检机器人机械结构研究现状及发展趋势摘要：高压输电线路本身不同于一般的输电线路，其本身因为高压电的缘故而具备一定的电磁场，本身的危险性更高。
一旦高压输电线路出现问题，则直接的后果就是难以进行检修，这是一个比较核心的问题，主要是因为在实际的检修过程中，很容易出现人员的安全问题。
这也就需要采用科学技术来解决相应的问题。
当前已经出现了巡检机器人，其能很好的代替人工来完成高压输电线路的巡检，从而确保高压输电线路更好的使用。
但在目前来看，这些巡检机器人本身的机械结构还不够完善。
所以，本文将从高压输电线路巡检机器人机械结构研究现状入手，全面展开高压输电线路巡检机器人机械结构研究现状及发展趋势。
关键词：高压输电线路；巡检机器人；巡检机器人机械结构；巡检机械人现状；巡检机械人发展一、引言巡检机器人是一种全新的机器人类型，其主要是用来进行巡逻和检修，一般来说，在我国的危险工作中，比较容易使用巡检机器人来代替人工，从而降低人员出现危险的可能性。
在我国的高压输电线路之中，巡检机器人的使用已经成为了当前最核心的内容，其主要是因为巡检机器人能很好的提升安全性。
但是目前来看，我国的巡检机器人发展还不够完善，其本身的机械结构不够先进，一些复杂的地形，可能会让巡检机器人无法完成工作，或者一些地方过于狭小，可能巡检机器人会出现无法操作的问题，这些都是当前困扰着我国巡检机器人使用的核心问题，为了更好的解决相应的问题，就必然需要做好巡检机器人机械结构的全面升级，其具体如下：二、高压输电线路巡检机器人机械结构研究现状随着国家电网的大力发展，人们对高压线路的安全稳定运行要求日益增高，因此高压输电线路的人工巡检任务也日趋繁重。
利用智能机器人技术代替传统的巡检方法已经是国内外的研究热点。
国内关于输电线路巡检机器人的研究工作始于20 世纪 90 年代末。
在国家科研课题的大力支持下，武汉大学、中科院自动化所、中科院沈阳自动化所、山东大学、山东科技大学等多家单位开展了高压输电线路巡检机器人的研制工作。
超高压输电线路巡线机器人结构设计及仿真的开题报告
超高压输电线路巡线机器人结构设计及仿真的开题报告一、选题背景及意义超高压输电线路是指电压等级在1000千伏及以上的输电线路，随着我国电力工业的发展，超高压输电线路得到了广泛的应用。
而超高压输电线路的巡检是保障电网安全稳定运行的一项重要工作。
传统的巡线方式主要依靠人工，工作效率低下，存在着较大的安全隐患，且成本较高。
因此设计一种能够代替人工巡检的超高压输电线路巡线机器人，可以提高工作效率、保障人员安全、降低成本，具有非常重要的意义。
二、研究内容及方案1.研究内容（1）机器人内部结构设计：设计机器人的动力系统、控制系统、传感器系统等内部结构，确定机器人的整体设计方案。
其中，动力系统可以采用电池供电、太阳能供电等方式，控制系统可以采用遥控、自动控制等方式。
（2）机器人外骨骼结构设计：设计机器人的骨架、运动关节和运动部件等外骨骼结构，确保机器人稳定运动和完成巡线任务。
（3）机器人仿真模拟：对机器人的内部结构和外骨骼结构进行仿真模拟，验证设计方案的正确性和可行性。
2.方案（1）采用电池供电，遥控控制，加装超声波传感器、红外线传感器等多种传感器，实现机器人的超高压输电线路巡检任务。
（2）设计机器人外骨骼结构，运用逆运动学方法，控制机器人在线路上的运动轨迹，确保机器人的稳定运动和准确检测。
（3）使用SolidWorks软件对机器人内部结构和外骨骼结构进行仿真模拟，验证设计方案的正确性和可行性。
三、预期成果（1）完成机器人的内部结构和外骨骼结构设计，并进行3D打印加工制造。
（2）开发机器人巡线控制程序，实现遥控控制和自主巡线控制。
（3）使用SolidWorks软件进行机器人的仿真模拟，验证设计方案的正确性和可行性。
（4）完成超高压输电线路巡线机器人的实验室测试和现场试验，评价机器人的性能和应用效果。
四、研究进度安排1.第一月：调研和文献综述，明确研究目标和方向。
2.第二至三月：设计机器人的内部结构，选择电池、传感器等零部件，确定遥控控制方案。
架空输电线路巡检机器人发展研究
135中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2019.10 （下）架空输电与其他输电方式相比，投资较小，建设的速度比较快，在实际的施工中也可以尽快完工，操作方便，但不可忽视的是，在遇到输送量比较大的时候，随着输送距离的增加，对于线路的电压要求也就越高，这个时候的输电线路抗阻能力又相对较小，因此，就会暴露出较多的缺陷，例如：更易受到风雪以及雷击等自然灾害的影响，也会导致较多的安全事故。
输电线路的安全性从发展以来就受到人们的重视，尤其是超高压输电线路的安全性能，所以，对线路进行巡检就显得尤为重要。
当前情况下，我国架空电力线路的巡检主要分为三大类，分别是人工的巡检、智能机器人的巡检以及飞行器的巡检，伴随着时代的进步，机器人技术的发展，在线路巡检中采用智能化的机器人受到越来越多的关注。
1 架空输电线路巡检机器人的概况1.1 架空输电线路巡检机器人的发展架空输电线路在很早就出现了，早期线路巡检主要采用人工巡检，还会使用到直升机巡检，这两种巡检方式使得线路巡检的安全性得到相应的保障。
20世纪80年代末，美国、日本等国家逐渐出现了线路巡检机器人，这是电力行业发展中的里程碑，极大提高了线路巡检的效率和质量，也在很大程度上促进了电力系统的发展。
但早期的线路巡检机器人由于受到技术的限制，在实际应用方面还存在一定的漏洞，在某些方面还达不到相应的标准，2005年以后，随着发展和需求，线路巡检机器人逐渐突破了结构检测、越障模式以及导航等方面的缺陷，不断改进技术，逐渐取得新的进展，推动线路巡检机器人的可持续发展。
随着全球经济的飞速发展，社会的全面进步，大众对于能源的需求也在不断加大，电力资源作为能源的主要组成部分，在人们的生活和工作中占有举足轻重的地位。
超高压大容量电力线路在不断扩建，能源的覆盖面积也在不断加大，对于架空输电线路来说，实现远距离供电已经成为大势所趋，导线对地面和建筑物保持一定的距离，输电线路通过绝缘子架设在杆塔上进行工作，远距离输电具有一定的优势，这种优势使得现代大多数线路输电都采用这种方式。
输电线路智能巡检系统的研发
输电线路智能巡检系统的研发随着时代的进步和发展，对于电力能源需求量在不断增加，特高压电网建设规模在逐渐扩大，与此同时，输电网络变得越来越复杂，这在一定程度上促使人工地面故障巡查难度系數大大提升。
采用地上人工巡检方式常常会由于遮挡、距离等因素干扰，难以有效确定绝缘子和相关的电气设备是否处于良好的工作状态。
如果在一些特殊的气象环境中，通常难以正常实施人工登塔巡检，另外，通常在一些人员活动密集区域输电线路常常会受到外力破坏，采用人工巡检方式根本无法及时发现输电线路故障问题，而且不能及时制止输电线路外力破坏问题。
由此可见，输电线路智能巡检机器人代替人工巡检方式的应用有着重要的意义。
标签：输电线路;智能巡检系统;研发1 系统构成1.1 系统硬件（1）数据服务器、客户端计算机。
系统运行依托于支持Window XP及以上操作系统的数据服务器以及客户端计算机。
（2）掌上电脑（PDA）。
设备不但方便携带、易于操作，通过PDA进行具体操作，确保流程自动化，而且符合办公无纸化的标准，满足野外作业需求。
系统用户可基于输电线巡检的具体需求，配置PDA。
1.2 系统软件系统功能模块依次包括及时动态、档案管理、缺陷管理、作业管理、互动平台、基础数据、后台管理、系统维护[1]。
（1）及时动态。
对一定时间段内巡检作业有关情况和工作计划安排做出准确显示。
（2）档案管理。
对同运行维护有关的关键资料及时上传、备份存储与查询。
（3）缺陷管理。
（4）作业管理。
关于标准化作业，具体的作业指导书范本由公司组织统一发布，达到权限级别用户能够自行进行调整修改;全部系统用户能够获取所需范本，对现场作业指导书进行有效编辑;编辑完成的现场作业指导书，通过主管部门完成严格仔细审批，方可执行实施。
（5）互动平台。
互动平台同网络论坛具有相似性，属于系统用户发布信息、寻求帮助的综合性平台。
（6）基础数据、后台管理、系统维护模块。
此部分模块应用范围以维护为主，涵盖模块更新、系统基础数据等维护，便于使用期间完成系统更新、升级与拓展。
高压输电线路巡检机器人的设计与仿真研究
高压输电线路巡检机器人的设计与仿真研究
王博禹
【期刊名称】《自动化应用》
【年(卷),期】2024(65)3
【摘要】为解决传统高压输电线路巡检方法出现的问题,聚焦于高压输电线路巡检机器人的设计与仿真。
该机器人采用双臂对称结构,通过夹紧机构和俯仰模块提高
越障能力。
行走模块则采用开合式轮毂滚动机构,有效提升了机器人沿线行走的效率。
结果显示,在越障过程中,该机器人表现出良好的稳定性和合理的驱动力矩波动。
【总页数】4页(P19-21)
【作者】王博禹
【作者单位】贵州电网有限责任公司六盘水供电局
【正文语种】中文
【中图分类】TP242;TM755
【相关文献】
1.高压输电线路巡检机器人机械本体设计
2.一种输电线路智能巡检机器人的仿真设计
3.高压输电线路巡检机器人机构设计及运动学分析
4.高压输电线路自动巡检机
器人结构仿真
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
输电线路巡检机器人仿生结构研究
输电线路巡检机器人仿生结构研究随着社会经济、科技的快速发展，各种输电线路巡检机器人也应运而生。
这些巡检机器人不仅能将工人取而代之，代替他们工作，同时还为企业节省了成本，也能进一步提高巡检工作的精度和效率。
因此本文主要研究分析巡检机器人的仿生结构与操作系统的完善，进而使输电线路巡检机器人更好地发展。
标签：输电线路;巡检机器人;仿生结构1.前言在进行输电线路巡检的过程中，条件缺陷和运行状况都影响着输电线路的安全运行。
而此时由输电线路巡检机器人来代替人工作业，不仅可以提高工作的效率与精度，还能减少人工作业不安全的问题产生。
但因为我国对于输电线路巡检机器人的研发较晚，且此类研究需要资金较多，研究难度也相对较大，这就给研究此类机器人的研究员带来了挑战。
因此，对于输电线路巡检机器人的研究以及开发仍值得我们不断努力，进而才能不断提高输电线路巡检机器人发展水平。
2.目前我国输电线路巡检机器人的发展状况由于我国幅员辽阔，有些地区海拔相对较高，且山体的跨度还很大，这就给传统的高压输电线路巡检机器人在输电线路巡检时带来了困难。
而提高巡检机器人在跨越障碍上面的能力，避免其受到障碍物尺寸上的影响，且完善机器人的结构，让其能在恶劣的环境下，也能高效精准的完成工作，这就要求巡检机器人拥有良好的续航能力和爬坡性能[1]。
为了满足在跨越障碍上的工作需要，多臂机器人就随之出现了，它可以在高空架线上保持稳定地行走，正常地进行作业。
而对于多臂机器人进行仿生研究，可以通过模仿人的手臂来让其更具稳定性，进而更好地保障工作的运转。
3.输电线路巡检机器人仿生结构的运用3.1 行车移动的仿生运用输电线路巡检机器人在行车移动机构中主要被分为轮式机构和爬行机构两种结构。
而轮式机构巡检机器人主要是靠滚轮电力驱动来对输电线路进行巡检的。
轮式机构巡检机器人在行动上非常快，灵活度也很高，在进行作业时更高效安全，因此在目前我国也是大多使用轮式机构的线路机器人来进行作业。
- 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)。
输电线路巡检机器人仿生结构研究王吉岱;甄静;刘笑辰;王智伟【摘要】针对传统高压输电线路巡检机器人作业范围小,受障碍物尺寸限制以及不能跨越引流线等问题,通过观察长臂猿手臂和运动特点,结合仿生学原理,提出了一种基于灵长类动物特征的三臂对称分布式高压输电线路仿生机器人,并建立了机器人的虚拟样机.结合ADAMS软件仿真分析了机器人模拟长臂猿在线路行走及跨越引流线过程,并通过实验反复验证,验证了机器人仿生机构的合理性与稳定性,同时机器人能够稳定可靠的跨越线路障碍,具有越障效率高等优点.%By observing the characteristics of gibbons, combined with the principle of bionics,a new type robot with the three arm symmetrical distributed based on the primate characteristics for the inspection of high voltage transmission line is proposed in this paper. The new structure of the inspection robot can be moving and crossing various obstacles, especially crossing drainage line, along the high voltage transmission line inspection robot because of the advantages of more widely operation range compared with traditional structures. And the virtual prototype of the robot is built. Based onthis ,the operation process of crossing obstacles on the power line imitating the gibbon action is analyzed with ADAMS software, through the repeated scene simulation experiments ,the rationality and stability of bionic mechanism are verified .The robot can cross line obstacle is stably and reliably ,and has the strong climbing ability.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)010【总页数】4页(P244-247)【关键词】仿生机器人;仿真;越障;仿生机构【作者】王吉岱;甄静;刘笑辰;王智伟【作者单位】山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛 266590;山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛266590;山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛 266590【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH122随着机器人技术的快速发展，将仿生科学与机器人技术应用到各种架空线路的安全检查与维修工作等领域已成为近年来的研究热点。
输电线路巡检机器人的研究主要集中在机器人的本体越障结构及控制策略和方法等方面[1-3]。
越障效率低、不能跨越引流线等问题是目前巡检机器人不能得到实际应用的主要原因之一[4]。
将基于灵长类生物体的仿生学技术应用到巡检机器人本体越障结构的研究中是提升其功能的有效方法。
文献[5-7]通过观察长臂猿的结构特点，研制了一款双臂悬挂式机器人“BrachiatorⅡ”，该机器人的肘关节由对称布置的直流电机驱动，调整了整体结构的平衡。
但机器人手臂交替抓取线路时，引起的导线晃动问题，对机器人的再次准确抓取导线产生了一定的干扰。
国内对于仿生机器人的研究与国外具有一定的差距，其中文献[8]主要对灵长类仿生机器人控制策略和方法进行了研究。
但是国内还没有能够将长臂猿的手臂特点应用于巡检机器人的设计中的成熟产品。
结合长臂猿的骨骼结构以及运动特点及目前巡检机器人研究现状，利用仿生学的原理，通过观察长臂猿的悬臂攀援运动，设计一种不仅能够跨越间隔棒、防震锤等线路障碍而且能够跨越引流线的悬臂式仿生机器人。
2.1 长臂猿手臂结构分析通过观察长臂猿肢体组成可以发现，长臂猿身型比较小，身高不足100cm，但双臂长而有力，展开有150cm。
长臂猿双臂均由长短臂组成，其中长短臂的比例为5：3，双臂的肩关节、肘关节和腕关节将长、短臂和手爪连接在一起。
肩关节属于球窝关节，做多轴灵活运动，是运动范围最大、最灵活的关节，具有屈伸、内收外展和旋转三个自由度。
肘关节属于复合关节，可以完成屈伸运动，活动范围为（40～180）°，属于单自由度关节。
与肩关节相比，肘关节结构相对简单，活动范围相对较小，在机械中常将肘关节简化为一个转动副。
肩关节与肘关节之间的部分称为短臂，长臂连接腕关节和肘关节。
正是这种特殊的长臂结构，使长臂猿能够悬挂于树枝，通过双臂的交互作用，实现不同形式的柔索攀爬运动。
2.2 长臂猿运动特点分析长臂猿的运动形式主要包括陆地四肢爬行式、树上四肢爬行式、悬摆式以及悬挂式[9]。
四肢爬行式依靠大地和树枝作为支撑，无需考虑平衡性和稳定性的问题，长臂猿常年生活在树林中，因此爬行式的运动方式较少见。
悬摆式和悬挂式是长臂猿的主要运动形式，悬摆式（也称为“臂行法”）是通过双臂交替抓取树枝完成攀援运动，通过手臂摆动提供的惯性力，在腕关节的作用下完成身体的转向，进行下一目标的抓取，可以完成水平悬摆运动和悬摆跳跃运动，该方式适用于较远树枝的跨越。
悬挂式是指通过双臂的协调配合，长短臂分别绕肘关节和肩关节俯仰，进行手臂的伸展；俯仰角度较大，能够进行较大范围内抓取动作，完成双臂的交互式运动，实现攀爬动作，该方式和人类的攀爬运动相似，适于单一树枝的攀爬和相邻树枝的跨越运动，但是长臂猿在单臂抓取树枝的时候，存在重心不稳且所需惯性力较大的问题。
长臂猿的悬摆式和悬挂式运动仿生机器人的设计提供了一定的借鉴意义。
由于悬摆式运动方式适合于较远范围内的抓取，且稳定性相对较差，因此模拟长臂猿的悬挂式运动方式进行机器人越障步骤的设计。
2.3 仿生模型的动力学建模在长臂猿的悬挂式运动中，双臂相当于一双长而有力的翅膀，实现摆臂动作，身体的其余部分，包括头部和躯干起平衡和辅助作用。
将长臂猿的手臂简化为二连杆机构，建立仿生模型悬摆运动的动力学模型，如图1所示。
图中：d1、d2—臂 1、臂 2的长度；m1、m2—臂 1、臂 2的质量；s1、s2—臂1、臂 2的质心距；τ—肩关节动力；J1、J2—臂 1、臂 2绕质心的转动惯量。
利用拉格朗日法建立方程，对其进行动力学分析，得到长臂猿运动的二维动力学模型，如式1所示：从系统的动力学模型可以看出该系统的独立控制变量小于系统自由度，为欠驱动系统。
在欠驱动系统中，受参数摄动、高度非线性等问题的影响，使得控制系统的设计较为困难。
针对长臂猿运动过程中重心不稳、控制系统复杂等问题，提出一种三臂式仿生巡检机器人，该机器人由三臂组成，包括完成越障动作的左右悬挂臂，平衡整体重心的重心平衡臂和支撑手臂的机架，三臂式结构保证了机器人运动过程中至少双臂挂线，同时机器人各关节均配置对应的驱动电机，有效解决了稳定性差、控制复杂等问题。
机器人包括行走、行走轮的开合、手臂的升降和俯仰等15个自由度，各关节相互配合完成手臂的脱线以及越障动作。
3.1 机器人结构设计基于上述巡线机器人的运动机构的组成与特点，对其进行了详细的结构设计，其结构组成，如图2所示。
仿生机器人整体结构包括左右悬挂臂、重心平衡臂以及机架。
其中左右悬挂臂为越障臂，位于机架支撑部分的两侧，左右悬挂臂配合动作模仿长臂猿的攀爬运动，进行平面内的交互式攀援运动。
中间臂为重心平衡臂，固定于机架支撑部分的中心，用于平衡手臂脱线时由重心产生的偏转力矩造成身体的晃动等问题。
重心平衡臂的竖直升降机构行程为300mm，其中上半部分采用中空式结构，使其能够直接跨越防震锤，减少了越障步骤，提高了越障效率。
3.2 左右悬挂臂的结构设计由于巡检机器人的工作环境较为复杂，同时需要自主和手动完成各种线路障碍物的跨越，因此要求机器人手臂结构紧凑、转动灵活、活动范围大。
长臂猿特殊的手臂结构所具有的灵活度高、抓取范围大的优点为悬挂手臂的设计提供了新的思路。
通过模拟长臂猿的手臂结构，对悬挂臂进行了设计，如图3所示。
左右悬挂臂主要由驱动行走机构、长短臂、肘关节和肩关节等组成。
其中长臂和短臂长度比例和长臂猿手臂比例相同为5：3，长度分别为300mm和180mm。
为增加机器人的抓取范围，将长臂设计成伸缩式，行程为200mm，增加机器人越障时手臂的间距，扩大作业范围。
长臂和短臂之间通过铰接的形式连接在一起，组成机器人的肘关节，完成竖直平面内（40～150）°范围的俯仰运动。
该三臂式机器人结构较好地仿生了长臂猿双臂的结构特点，解决了传统巡线机器人作业范围小、受尺寸障碍物限制不能跨越引流线等问题。
在此基础上，进行物理样机的制作，如图5所示，样机手臂部分采用高强度铝合金，在保证手臂强度的基础上减轻了机器人的整体重量，机架部分作为搭载平台用于放置摄像头、红外成像仪等设备，对线路进行实时检查，以便工作人员及时对线路进行检修。
利用ADAMS对机器人跨越引流线的过程进行仿真分析，验证越障步骤规划的合理性以及越障的可行性。
越障过程仿真，如图5所示。
机器人进行引流线的跨越与长臂猿的悬挂式运动相似，即通过手臂的交互式运动实现前进动作。
在越障过程中，悬挂臂在重心平衡臂的支撑与平衡下，分别依次抓握线路，实现机器人沿线攀爬运动，具体越障过程如下：机器人初始悬挂状态如图5（a）所示。
各关节处于收缩状态。
机器人在高压线上前进，当右悬挂臂需要跨越引流线时，停止前进，手臂伸长，脱离导线，手爪打开，完成脱线动作，此时重心平衡臂起到调节机器人重心的作用，防止机器人因重心不稳，而产生晃动，右悬挂臂的长臂在肘关节驱动电机的作用下完成伸展动作，同时在肩关节驱动电机驱动手臂完成水平面内旋转一定角度，到达引流线区域，抓取引流线，如图5（b）～图5（d）所示。
当重心平衡臂检测到引流线时，手臂伸长，手爪打开完成脱线动作，此时机器人处于双臂悬挂状态，如图5（e）所示。
机器人在左右悬挂臂的驱动下继续前进，当左悬挂臂到达跨越点时，重心平衡臂收缩再次抓取引流线平衡机器人重心，然后左悬挂臂的肩关节驱动电机驱动长臂外伸，调节手臂姿势，增大越障臂间的距离，机器人继续抓握线路前行，如图5（f）所示。