高压输电线路巡线机器人结构设计
高压线路沿地线穿越越障巡检机器人的关键技术研究
三、高压线巡检机器人的技术原 理
高压线巡检机器人主要采用轮式或履带式移动平台，通过电机或液压驱动实 现移动。同时，机器人配备有多种传感器，如高清相机、红外相机、激光雷达等， 以实现对线路的全方位感知。此外，机器人还搭载了多种通信设备，如GPS、无 线通信模块等，以便实现与控制中心的实时通信。
在人工智能方面，高压线巡检机器人采用了深度学习、计算机视觉等技术对 线路状态进行识别和判断。通过对大量线路图片的学习和训练，机器人能够准确 识别线路的缺陷和故障，如断股、锈蚀、交叉等。同时，机器人还能够根据线路 状态进行决策和优化，如调整巡检路线、优先处理故障等。
6、巡检系统：巡检系统负责机器人的巡检任务，包括线路状态检测、设备 检测等。巡检系统应具备高精度和高效率的特点。
二、关键技术研究
1、路径规划技术：路径规划是机器人运动控制的基础。在复杂的环境中， 机器人需要规划出一条安全、高效的路径。路径规划技术应考虑地形、障碍物、 线路布局等因素。
2、图像处理技术：图像处理技术是实现机器人感知和障碍识别的关键技术。 通过图像处理技术，机器人能够识别周围的障碍物，并根据障碍物的类型和大小 规划出合适的越障路径。
五、结论
高压线巡检机器人的研究涉及到多个领域的知识和技术，具有较高的难度和 挑战性。然而，随着科技的不断发展，我们有理由相信未来的高压线巡检机器人 将会更加智能、自主和可靠，为电力传输线路的安全运行提供更加强有力的保障。
参考内容二
随着科技的不断发展，机器人技术逐渐渗透到各个领域，其中巡检机器人更 是凭借其高效、准确的特性，在电力、石油、化工等工业领域发挥了重要作用。 然而，巡检机器人要实现高效、准确的运行，其移动底盘的设计至关重要。本次 演示将探讨一种新型巡检机器人的移动底盘设计及越障性能分析。
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。
高压输电线路爬山机器人系统设计与控制
高压输电线路爬山机器人系统设计与控制1. 引言高压输电线路的维护十分重要，然而，由于线路通常布置在复杂多变的地形环境中，传统的人工巡检效率低下，并且存在一定的安全风险。
因此，设计一种高效、安全且可靠的爬山机器人系统用于输电线路维护势在必行。
2. 系统设计2.1 机器人结构设计针对输电线路的特殊环境，机器人应具备良好的适应性和稳定性。
设计中应选择轻量化材料以减轻机器人自身重量，同时具备足够的强度和防腐蚀能力。
2.2 动力系统设计机器人的动力系统应满足长时间连续工作的需求。
采用电池供电，且具备快速充电功能，以提高工作时间和效率。
2.3 越障能力设计机器人需要能够在复杂地形中爬行并越过障碍物。
采用多足或履带设计，具备灵活性和稳定性。
同时，应配备传感器以侦测障碍物和地形变化，以确保行进路径的安全可靠。
2.4 高清摄像系统设计机器人配备高清摄像系统，可对输电线路及其周边环境进行实时监测和录像。
通过视频传输技术，将数据传输至远程控制中心，以提供操作者准确的信息。
3. 系统控制3.1 远程控制中心为了确保操作者对机器人的远程操控准确和及时，设立远程控制中心。
远程控制中心应具备实时视频接收和传输的功能，以及对机器人的操作控制系统。
3.2 控制算法设计先进的控制算法，确保机器人在复杂环境下的稳定行进。
算法包括路径规划、姿态控制、障碍物避让和定位等模块。
3.3 自主导航技术机器人应具备一定的自主导航能力，可以根据预设的任务和指令进行自主巡检。
采用红外线、激光雷达和超声波等传感器进行环境感知和导航。
4. 系统优势与应用前景4.1 系统优势高压输电线路爬山机器人系统设计与控制具有以下优势：- 提高工作效率：机器人可以连续工作，无需休息，大大节约时间和人力成本。
- 提高安全性：减少人工巡检的危险性，避免意外事故的发生。
- 减少线路故障：机器人通过实时监测，可以及时发现并处理线路故障，避免大范围停电。
4.2 应用前景高压输电线路爬山机器人系统可应用于输电线路的巡检、维护和故障处理。
高压输电线路巡检机器人系统设计
高压输电线路巡检机器人系统设计摘要：为了实现远距离大功率的电能输送，近年来国家电网及南方电网加大了对智能电网的建设，电力系统最重要的任务是提供高质量和高可靠性的电力，而高压输电线路是远距离电力输送的最重要途径，它的安全稳定运行直接影响着电力系统的可靠性。
高压输电线路长期运行于露天环境中,长期受自然环境、机械张力、外力破坏、电气闪络等不可抗拒因素影响。
目前对输电线路的巡检依然是以人工巡检为主，巡检工作面临巨大难度，受自然条件限制，往往无法巡检大跨越输电线路，人工巡检受视角影响，也无法检查高层设备。
同时受巡检人员人数、技术水平及其他因素影响，巡视质量参差不齐，对线路的巡视存在一定的局限性，无法实现全天候实时监测。
在台风、雨雪等特殊天气条件下，人工巡检存在较大安全风险，甚至无法开展人工巡检。
目前各检修公司面临巡检人员老龄化、新进员工经验少、巡检人员严重不足的窘境，人工巡检数据无法数字化，不利于后期处理。
因此，设计一款智能巡检机器人替代人工巡检高压输电线路，减少危险作业，提高巡检人员安全保障，同时降低电网维护成本，提高电网自动化作业水平，推动智能电网发展。
关键词：高压输电线路；机器人；巡检机器人；引言为了保障电力系统安全运行，加强对野外高压输电线路巡检工作具有很大现实意义。
开展高压输电线路巡检工作，主要目的是检查、排除电力系统潜在的安全隐患，包括防震锤脱落及移位、输电导线及地线断股散股、绝缘子串破裂及丢失等故障，确保电力设备设施安全、稳定地运行。
但是电力线路巡检工作量大，过程复杂、重复机械性操作很多，长此以往会使巡检人员产生心理倦怠，可能因人为因素引起疏漏。
将智能巡检机器人用于高压线输电线路巡检实践中，能显著提升工作的自动化、智能化水平，为智能电网建设发展提供可靠的技术支持。
1电力机器人的研究现状随着智能电网的建设，近年来市面上出现了多种多样的电力机器人，包括：线路巡检机器人，主要是通过搭载可见光相机、红外相机拍摄记录故障点，上传故障报告，通知运维检修人员对故障点进行维修，该型机器人解放了巡检人员，巡检人员无需沿着线路巡视查找故障点，只需根据巡检机器人的工作日志及生成的故障报告，便可前往故障点进行故障确认并维修；作业机器人，包括地线作业机器人和导线作业机器人，地线作业机器人，在作业过程中，线路无需停电便可进行作业工作，通过机器人搭载作业机构，远程操控机器人对故障点进行修复，比如，地线断股修复、防震锤移位、压接管紧固等修复作业，消除故障隐患，但是导线作业机器人作业时，必须停电作业，比如绝缘子修复等必须停电作业以免引起安全事故。
高压输电线路自主巡检机器人
研究故障诊断算法，根据图像识别结果和其他传 感器数据，对高压输电线路的故障进行自动诊断 和定位。
数据传输与远程监控实现
数据传输
研究高压输电线路自主巡检机器人与远程监控中心之间的数据传输技术，包括无线通信技术、 网络协议等，确保数据的实时性和准确性。
远程监控
开发远程监控软件，实现对高压输电线路自主巡检机器人的远程监控和控制，包括实时查看巡 检状态、巡检数据、控制机器人等。
高精度传感器
选用高精度传感器，提高 机器人对输电线路的识别 和定位精度。
大容量电池
选用大容量电池，确保机 器人在长时间巡检过程中 有足够的续航能力。
硬件集成与测试
集成方式
采用可靠的集成方式，确保各个硬件部件之间的协同工 作。
测试方法
制定详细的测试方案，对机器人的各项性能指标进行严 格测试，确保机器人满足设计要求。
实际应用案例展示
案例一
机器人在恶劣环境下的巡检表现 ，如极端天气、复杂地形等，展
示其适应性和稳定性。
案例二
机器人发现线路缺陷或故障的案 例，如设备缺陷、线路老化等，
突显其检测效率和准确性。
案例三
机器人协同人工巡检的案例，展 示机器人在提高巡检效率和质量
方面的作用。
经济效益与社会效益分析
投资成本
分析机器人研发、生产、维护等方面的投资成本 ，以及与传统巡检方式的成本对比。
03
机器人软件系统设计
巡检任务规划与管理
01
任务规划
根据高压输电线路的实际情况，制定巡检任务， 包括巡检路径、巡检点、巡检时间等。
02
任务管理
对巡检任务进行统一管理，包括任务的创建、编 辑、删除、查询等。
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。
高压输电线路救援机器人结构设计与分析
高压输电线路救援机器人结构设计与分析闫寒1，吴功平1，2，曹琪3，杨松3（1.武汉大学动力与机械学院，湖北武汉430072；2.广东科凯达智能机器人有限公司，广东佛山528000；3.国网吉林省电力有限公司白山供电公司，吉林白山134300）来稿日期：2018-07-05基金项目：高压输电线路智能巡检机器人关键技术、产品及其产业化（2015IT100143）；高压输电线路巡检机器人关键技术、产品及应用示范（2015B090922007）；高压输电线路智能巡检机器人关键技术、产品及其产业化（2015CXTD01）作者简介：闫寒，（1991-），女，湖北人，硕士研究生，主要研究方向：特种作业机器人结构设计；吴功平，（1961-），男，湖北人，博士生导师，教授，主要研究方向：特种作业机器人，检测技术，复杂机电系统态分析与故障诊断1引言随着高压输电线路巡检机器人技术的发展与应用，国内外电力系统越来越多的使用巡线机器人[1-2]完成巡检任务。
从上个世纪八十年代开始，美国、加拿大、日本、中国等各个研究机构和公司已经分别开始研究高压输电线路巡线机器人[3-7]，在此发展过程中，国内外的巡线机器人功能逐渐多样化，巡检设备逐步完善，机器人结构及控制方法日趋复杂。
在机器人结构和控制方法复杂化的同时，伴随出现的一些故障也随之增加，如在巡检过程中可能出现的电池电量不足、温度过高导致工控机死机等，这些故障都可能引起巡检机器人滞停在巡检线路上。
当机器人滞停在两塔之间的档段地线上时，目前国内外都是采用人工上线拖回机器人的方式处理这类问题的。
但是人工上线操作危险性高，效率低下，劳摘要：针对现有高压输电线路巡检机器人技术尚不成熟，及当巡检机器人在地线上出现故障时需人工上线拖回所存在的弊端，提出一种单档段救援作业机器人。
分析了高压输电线路单档段救援机器人的作业环境与救援任务，设计了救援机器人的总体结构形式和各总成的具体结构，并对所设计的结构进行了三维建模仿真。
高压线路智能巡检机器人控制系统设计
高压线路智能巡检机器人控制系统设计作者：刘宇峰王宁王仓刘华李传林来源：《科技创新与应用》2018年第18期摘要：定期对架空线路进行故障的检测与修复，是供电可靠、稳定运行的基本保证。
针对巡检机器人的作业环境与作业内容，设计了一种基于STC89C52单片机并结合PC104的巡检机器人。
该机器人沿着高压线路行驶，通过其所携带的温度传感器、摄像机、GPS、无线通讯等设备对线路进行检测与数据传输。
通过在实验室内模拟环境进行调试，基本实现了预期要求。
关键词：架空线路；巡检机器人；控制系统中图分类号：TP242 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）18-0081-03Abstract： It is the basic guarantee of reliable and stable operation of power supply to detect and repair the fault of overhead line regularly. In view of the working environment and contents of the inspection robot， a kind of inspection robot based on STC89C52 MCU and PC104 is designed. The robot runs along the high-voltage line and detects and transmits data through the temperature sensor，camera， GPS， wireless communication and other devices it carries. Through debugging in the laboratory simulation environment， the expected requirements are basically achieved.Keywords： overhead line； inspection robot； control system高压输电线路是电力远距离输电的主要方式，输电线路负责输送电力的重任，是电力系统中重要的一环。
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。
高压输电线路巡检机器人机构设计及运动学分析 李涛
高压输电线路巡检机器人机构设计及运动学分析李涛摘要：由于跨越式高压输电线路巡检机器人越障效率较低且存在安全隐患等问题，文中提出了一种新型的穿越越障巡检机器人的机构设计。
考虑机器人越障运动特点和机器人运行的地线线路环境，该结构设计采用双臂同侧对称悬挂的轮臂复合式机械结构，主要由行走机构、机械臂、压紧机构、锁臂结构和展臂机构组成。
介绍了该机器人的各机构特点，并基于D-H法建立了机器人机构的运动学模型，采用该模型对文中提出的机构设计进行了计算分析，证明了该机构设计的合理性。
关键词:高压输电线路；巡检机器人；机构设计；运动学分析1.国内外研究概况1.1国外研究概况国外在巡检机器人领域的研究起步较早，在1990年，口本东京电力公司Sawada等人开展了巡检机器人的研究工作。
机器人在输电线地线上行走，携带3米长可以折叠弧形导轨，可翻越高压输电线塔，重达100Kg。
配有400W的燃油发电机和24V/4AH的电池，不带燃油时燃油发电机重约11Kg。
该机器人过于笨重，没有配置无线通讯模块，只能通过工C卡人工进行机器人和地面站的数据交换。
1.2国内研究概况国内关于输电线路巡检机器人研究起步较晚，1999年开始，武汉大学、中国科学院沈阳自动化研究所、山东大学等单位开展了针对110kV,220/330kV和500kV输电线路巡检机器人方面的项目研究。
中国科学院沈阳自动化研究所开发了地线上行走的转臂式两臂巡检机器人,2005年沈阳自动化研究所研制的机器人。
2006年沈阳自动化研究所机器人爬坡能力达15度，能翻越防振锤和线夹。
2007年沈阳自动化研究所机器人经过改进后爬坡能力达30度，长宽高760mm x360mm x重量42Kg。
行走速度达1.25Km/小时。
2.机械人机构设计2.1行走机构巡检机器人两机械臂顶端安装有行走机。
行走电机驱动行走轮在地线道路上滚动运行，使机器人满足巡检要求。
行走机构设计的关键在于行走轮的设计，为了更好地适应地线道路结构，提高巡检运行过程中的效率和安全，将行走轮设计为“V”字仿形结构。
高压线巡检机器人结构和精准控制的
设计理念和目标
01
2. 具备高效、精准的检测能力 ，包括线路绝缘层状况、缺陷 位置等；
02
3. 实现远程遥控操作，提高巡 检效率和安全性；
03
4. 具备人工智能算法，能够自 动识别和预测线路缺陷。
主要技术参数和性能指标
• 技术参数：该机器人采用轮式结构，长×宽×高为1200mm×800mm×400mm，重量为30kg。搭载了高清 摄像头、红外热像仪、超声波测距仪等多种传感器，能够实现线路绝缘层状况、缺陷位置等检测功能。
现场实践
在高压线现场进行巡检机器人实验和测试，验证精准控制在实践中的应用效果。
04
高压线巡检机器人的挑战 与未来发展
技术难题与解决方案
机器人稳定性
在高压线周围，存在电磁场和气流等多种干扰因素，导致机器人难以稳定运行。解决方案包括优化结构设计、增加传感器和 算法控制等措施来提高机器人的稳定性和适应性。
特点
高效、精准、自动化、可编程、适应性强。
高压线巡检机器人的应用场景
输电线路巡检
高压线巡检机器人用于对输电线路进行定期巡检 ，以确保线路安全运行。
故障排查
当输电线路出现故障时，高压线巡检机器人可用 于快速定位故障点，提高维修效率。
实时监测
高压线巡检机器人可实时监测线路状态，对异常 情况进行预警，预防事故发生。
运动控制算法
PI调节，实现对机器人运动的精确控制。
模糊控制算法
02
利用模糊逻辑原理，实现对机器人运动的智能控制，适用于非
线性、时变和不确定系统的控制。
神经网络控制算法
03
通过训练神经网络，实现对机器人运动的在线学习和自适应调
整。
传感器数据处理
110kV输电线路巡线机器人
１２ 总 体 结 构 ．
根 据 １ ０ｋ 输 电 线 路 的 结 构 特 征 以 及 巡 检 作 １ Ｖ 业 的 任 务 要 求 ．通 过 多 种 可 行 性 方 案 分 析 对 比各 种
ｌｌ Ｈ ＋
监
—
ｌ 无线数据收发模块ｌ
Ｉ
计 控
厂
地
方 案 中 的 优 点 ． 进 行 巧 妙 的 优 化 组 合 ， 过 对 原 型 并 通
。
2002 年 在 国 家 863
计
杂
．
自然 环 境 恶 劣
。
电力 线 及 杆 塔 附件 长 期 暴 露 在 野
、
划 项 目的 资助 下
．
开 始 开 展 输 电线 路 巡 线 机 器 人 的
。
外
．
受 到持续 的机 械 张 力
、
电 气 闪 络
，
、
材 料 老 化 影 响
研 究 工 作
，
取 得 了 较 大进 展
本 文 仅对 我们研 制 的
。
而 产 生 断股
磨损
、
腐蚀 等损 伤
如果 不 及 时修 复更
，
1 10 k V 输 电 线 路 自动 巡 线 机 器 人 的 情 况 进 行 介 绍
换
．
原本微 小 的破 损 和 缺 陷就 可 能扩 大
．
最 终导 致严
重 事 故
造 成 大 面 积 停 电
。
。
从 而 引起 极 大 的经 济损失
(2 )从 机 器 人 系 统 的 角 度
．
成巡 线工 作
要 求 机 构要 有
．
一
定 的负载 能 力
，
基于高压输电线路的智能巡线机器人
• 158•基于高压输电线路的智能巡线机器人曲阜师范大学工学院 董 浩本文针对高压输电线路提出一种新的机器人设计—智能巡线机器人，本机器人能够对高压输电线路进行巡视检查，标记故障点位置，简单故障由机器人自行处理，复杂故障将故障点位置发送至地面控制中心，地面控制人员可在第一时间内获取线路故障点信息，及时组织人员进行抢修，并且能够依托新兴的“物联网”和“互联网+”技术实现数字化巡检、智能判断故障、机器自学习等功能，可以有效完成对输电线路运行状态的实时监控。
机器人携带的维修金具还可以做到对发现的故障实时处理，简单故障可以做到实时排除，复杂故障可以在简易处理之后尽量做到线路不停地、少停电，以此减低经济损失。
巡线机器人在高空巡线期间，地面操作人员可在地面遥控，机器人与地面控制中心之间采用无线通讯，从而满足机器人运行数据及图像的传输。
通过机器人每个关节的配合，可实现对简单故障进行处理和翻越障碍物。
每个关节采用电驱动，舵机及驱动器作为机器人关节结构。
机器人是可移动机器人，电源由高能量体积密度和高能量重量密度电池构成。
机器人故障处理和翻越障碍时通过传感器识别障碍物。
在巡检时依靠传感器来判断线路的运行状态，及时检测判断线路缺陷。
1.引言众所周知，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，因受到持续的机械张力、风吹日晒、材料老化的影响，经常出现断股、磨损、腐蚀等损伤，如不及时修复更换，可能会造成严重事故（张运楚，梁自泽，谭民，架空电力线路巡线机器人的研究综述），容易造成大范围停电，进而导致系统解列，给社会经济发展造成巨大的损失。
近年来，国家提出智能电网的发展规划，需要以某些设备的更新升级来带动整个电网的智能化，其中非常重要的一环就是巡检的智能化。
在重要输电路段或者地形复杂山区等地，人工巡检较困难，且具有较大危险性。
机器人巡检可以实现对重点路断、人工难以攀爬线路进行远程监视。
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。
研究高压带电作业机器人作业机械臂的设计及优化
研究高压带电作业机器人作业机械臂的设计及优化高压带电作业机器人是一种专为高压带电作业而设计的机器人，主要用于电力输配电设备的巡检、维护和作业。
机器人的作业机械臂是其最关键的部件之一，其设计和优化直接影响着机器人的作业效率和安全性。
本文将重点围绕研究高压带电作业机器人作业机械臂的设计及优化展开讨论。
一、作业机械臂的结构设计1. 整体结构高压带电作业机器人的作业机械臂一般由基座、臂体、关节、执行器和末端执行器等组成。
基座是机器人作业机械臂的固定部分，臂体是机械臂的主体部分，关节是连接臂体的旋转部件，执行器是用于提供动力的装置，而末端执行器则是机械臂的作业部件。
在设计机械臂的整体结构时，需要考虑到机械臂的稳定性、承载能力、作业范围和自重等因素，以确保机械臂能够满足高压带电作业的需求。
2. 关节机构机械臂的关节机构主要用于实现机械臂的多自由度运动，通常采用旋转关节或直线关节。
在设计关节机构时，需要考虑到关节的运动范围、精度、刚度和速度等因素，以确保机械臂能够灵活、精准地完成各种高压带电作业任务。
3. 执行器和末端执行器执行器是机械臂的动力源，通常采用电动机、液压马达或气动马达等形式，用于驱动机械臂的运动。
而末端执行器则是机械臂的作业部件，通常采用夹爪、吸盘、钩爪或工具换装器等形式，用于完成高压带电作业中的各种操作。
在设计机械臂的结构时，可以采用优化设计方法，通过有限元分析、拓扑优化和参数优化等手段，对机械臂的结构进行优化。
可以通过减小机械臂的自重、提高机械臂的刚度和强度，或者增大机械臂的作业范围等方式，来提高机械臂的作业效率和安全性。
关节是机械臂的关键部件之一，其设计直接影响着机械臂的运动性能和稳定性。
在设计关节时，可以采用精密传动装置、高刚度轴承和高精度传感器等技术手段，来提高机械臂的运动精度和稳定性。
3. 控制优化机械臂的控制系统是其核心部件，其设计和优化对机械臂的作业性能和安全性具有重要影响。
在设计控制系统时，可以采用先进的运动控制算法、高性能的驱动器和传感器，以及可靠的故障诊断和安全保护技术，来提高机械臂的控制精度和可靠性。
关于高压线路巡线机器人的研究设计
关于高压线路巡线机器人的研究设计摘要：高压输电线路是电力系统的重要设施，然而，长期裸露的金属导线在外界环境下，避免不了持续的机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤，如不及时发现和消除，就会造成损伤扩大，造成巨大损失。
为了保证输电线路安全、稳定地运行，需要对输电线路进行定期巡检。
关键词：高压线路；巡线机器人1巡线机器人越障机械臂研究巡线机器人行车移动机构先取移动模式为轮式移动。
轮式爬行机构原理是电机驱动轮同管线相互的摩擦力来作为机器人行走的动力。
轮式爬行机构的特点是行走速度快并且平稳，能够完成移动平台上线路探测仪器要求的任务。
靠此优势巡检机器人普遍选用轮式爬行机构形式，另一类目前流行机构就是越障机构。
由于机器人都是悬挂施工，而且在整个施工过程中要确保其姿态的稳定性，同时还要与导线和线塔技术部件之间保持足够的安全距离，因此这个设计难度是非常大的。
2巡检机器人总体设计在众多工业领域中，机械结构是所有的基础，一个优质的机械结构不仅可以简化控制，还可以使机器稳定高效运行。
为了保证机器人实现在高压输电线路上的灵活越障，对机器人的重心问题需要着重考虑，尤其是在行走和越障过程中。
为了解决这些问题，应设计出合理的机械结构，针对巡检方面的要求，现提出对巡检机器人机械方面的设计要求。
１）能在输电线上以一定的速度平稳运行，无冲击。
２）具有一定的爬坡能力，在上下坡路段保证不打滑。
３）能较灵活和稳定地跨越输电线上的各种障碍物和完成转弯任务，包括防震锤、悬垂线夹、跳线线夹、绝缘子和杆塔等。
４）结构小巧紧凑，且应保证预留足够的检测仪器安装空间和越障时机构与其它物体的安全间距。
５）具有刹车制动功能，当发生故障或遇到恶劣天气时，机器人能可靠自锁，以免从输电线上摔落。
６）机构的自由度尽量精简，过多的自由度会导致控制困难，而且电动机数量的减少，可有效降低成本和重量。
3机器人远程控制技术研究利用机器人搭载小型微波通信宽带连GPRS/CDMA/4G网络，实现远程计算机通信对接。
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。
超高压电力传输线路巡检机器人结构设计与模拟分析说明书
2nd International Conference on Advances in Mechanical Engineering and Industrial Informatics (AMEII 2016) Research into structural design and simulation of the inspection robot for ultra-high voltage power transmission linesYiheng Bian1, a1Department of electric power engineering, North China Electric Power University , Baoding of Hebeiprovince 071000, Chinaa*****************Keywords:inspection robot; extra-high voltage power transmission line; structural design; simulation analysisAbstract. With the rapid development of the power system, there has been a higher requirement of the power transmission lines. However, the traditional power transmission line test usually adopts the helicopter aerial survey and artificial visual inspection, which might incur a high inspection cost but can hardly ensure the inspection precision. Under the condition, the inspection robot is developed to respond to problems with the traditional power transmission line inspection methods, having achieved significantly positive effects. This paper is an exploration and analysis of the structural design thinking of the inspection robot, the robot kinematic issues and the robot movement simulation.IntroductionAs an important technical approach for the current power transmission line test, the inspection robot can be hung on the overhead ground wire to automatically conduct power transmission line inspection. Some commonly-seen problems like guide line damage, insulator degradation and line faults can be efficiently tested. However, how to give full play to the inspection robot and do a good work of structural design to meet the power transmission line inspection requirements remains an issue of great concern. This research targets at the design requirements of the inspection robot, so it is of vital significance.I. Research thinking of the structural designThe structure of the inspection robot shows obvious complex characteristics. Therefore, it is necessary to do a good work of 3D model building during the structural design. As the building of various robot parts, the CATIA software is introduced. The functions of the software include: 1) Assembly design: Introduce all assembly parts into it and meet the design, analysis and manufacturing requirements of assembly parts; 2) Engineering drawing: Directly build the engineering drawing; 3) Characteristic design module: Provide exclusive dialogues for users and guarantee prism parts design of users. Besides, the software can also introduce the curve design, the metal plate design and the assembly simulation into it.In the practical robot structural design, the 500kV power transmission lines are adopted as research objects. It is required that the robot design relies on the computer control system and can move on the overhead line and automatically finish the operation of evading obstacles. To the end, the inspection robot should have an edge in terms of obstacle crossing capability and climbing capability, and its weight should preferably be controlled within 100kg. During the practical design process, the overall framework of the inspection robot should be clarified, which mainly includes the flexible arms, the palm opening and closing device, the braking device, the driving device, the control cabinet and the power box. The schematic diagram of the specific structure is shown in Fig. 1 below:Fig. 1 Schematic diagram of the inspection robot structureIn the structure, the actuating components feature the flexible arms, which can support the end effector and the wrist of the robot to some extent. In this design, the joint-type structure dominates. Relevant movement parameters under the structure are reflected as the end effector length, the wrist length, the forearm length and the big arm length, which is 344mm, 72mm, 400mm and 250mm, respectively. Besides, all joints rotate within ±90°. Two mechanisms, the stepping-type and the wheel-type, can be introduced. The former has higher transmission efficiency; while the latter can increase the inspection speed of the robot. As to the braking device, it includes the spring guide axis, the bottom base, the upper base, the pin roll, and the fixed and flexible brake ratchets, which can prevent the robot in fault from falling down or being out of control. After functions of various parts are confirmed, the CATIA environment can be introduced to confirm the mass inertia parameters of various parts [1]. The parameters are shown in Table 1 in details.Table 1 Mass inertia parameters of major robot parts under the CATIA model Parts Mass Izz Iyy IxxFlexible brake ratchet 0.0115 2.094e-005 1.863e-005 2.375e-006 Fixed brake ratchet 0.085 4.021e-005 3.171e-004 2.849e-004 Forearm 0.279 0.005 0.005 97e-005 Rolling wheel 1.439 0.002 0.002 0.003 Big arm 1.437 0.013 0.012 0.002II. Analysis of kinematic issues of mechanical armsAnalysis of the kinematic characteristics of mechanical arms is an important guarantee for reasonable design of various robot joints. During the practical analysis process, relevant mathematical theories are introduced. First, homogeneous transformation and rigid body pose analysis. The analysis method is mainly for the research into the relationship between mechanical arms and the environment or the internal components of mechanical arms. In terms of the rigid body pose, Point P is chosen; Px, Py and Pz respectively stand for the coordinate of Point P in the coordinate system. Based on that, Point P is expressed in the vector form, and w is adopted as theproportional factor. Under the condition that Px=x·w, Py=y·w and Pz=z·w, there isxyPzw. In thisway, when the proportional factor, w, changes, pose of the referential point can be analyzed. Besides, D-H expression method can also introduced to express the kinematical equation and to make the robot connecting rod and joint design more reasonable [2].Kinematic analysis of mechanical arms can proceed from forward kinematics, inverse kinematics, speed and Jacobian matrix. In terms of forward kinematics, the D-H expression method can be adopted for the coordinate system building and the parameter table filling. After these parameters are clarified, they can be put into relevant equations. Assume that Ai stands for the transformation matrix of adjacent joints, and that the transformation between two coordinate systems, including the end face and the substrate of robot’s hands, can be expressed as RTH. Then, RTH=A1A2A3A4. After that, the pose of the hand end face in the coordinate system can be deduced. In terms of the inverse kinematics, the angle solution is finished through decoupling in different angles. For example, A1-1RTH=A2A3A4 can be directly employed to deduce the joint rotational angle. Besides, in termsof the component changes, the Jacobian matrix can be used for expression. Generally speaking, the value of the joint corner can be expressed as [D]=[J][Dθ] when time changes. The Jacobian matrix is expresse d as J, and the joint differential movements can be expressed as Dθ. The differential movement of the coordinate system is D. Through the equation the joint angular velocity can be solved [3].III. Robot movement simulation from the perspective of ADAMSDuring the practical simulation process, the mechanism movement situations are confirmed through the simulation software. During the simulation process, this paper introduces ADAMS many-body dynamics into it, which can integrate ODE solution, nonlinear solution and linear solution into it. The simulation can be subdivided into: 1) Model building: In this step, the part model should be built, and the model should be set with corresponding acting force and restraint; 2) Model test: The measurement should be defined quantitatively. Based on that, the model is simulated, and it should be judged whether the acting force, restraint and parts meet the simulation requirements; 3) Model validation: Simulation results and test results are compared and the model is judged to see whether it is reasonable; 4) Model refinement: The complex elements are introduced into the model, such as flexible connecting pieces and friction in the kinematic pair; 5) Model optimization and environment customization: Parameters can be optimized to make the whole model more reasonable. Users can directly conduct dialogues or customize menus. The specific modeling procedures are shown in Fig. 2.Fig. 2 Simulation flow diagramBased on the simulation, the kinematic modeling process should be considered. During the operation process, the tool magazine of the ADAMAS should be employed. In this way, the inspection robot model under the environment can be obtained. See Fig. 3 below.Fig. 3 Robot model under the ADAMAS environmentThrough simulation and model building, the specific conditions during the practical joint movements can be obtained. Based on that, the kinematic rules of all robot parts are analyzed. Under the faulted condition, the corresponding rotational angle can be measured. Besides, during the process of evading obstacles, the falling and rising of the mechanical arms can be deduced [4]. ConclusionsApplication of the inspection robot is an important approach to improve the current ultra-high voltage power transmission test level. The structural design of the inspection robot is critical to the application process. The structure should meet the transmission lien requirements. Besides, the robot structure should be simulated so as to judge whether relevant parts meet the practical operation requirements. Only in this way, functions of the inspection robot can be given into full play. References:[1]LI Yong. Research into the application mode of the unmanned aerial vehicle during the inspection of ultra-high voltage AC power transmission line[D]. North China Electric Power University, 2014.[2]ZHANG Hu. The research and implementation on control system of the flight-sliding type transmission line inspection robot[D]. North China Electric Power University, 2014.[3]SHI Huiwen. Design and analysis of broken strands reposition metamorphic mechanism of extra-high-voltage power transmission lines[D]. Northeastern University, 2012.[4]XIANG Xiangfei. System design and simulation study of inspection robot for extra-high voltage power transmission lines[D]. Changchun University of Science and Technology, 2012.。
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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。
四、结论
高压输电线路巡线机器人的结构设计是一项复杂而关键的任务，需要兼顾安全性、自主性、精准性和灵活性。
通过合理的底盘设计、机械臂设计、传感器配置、控制系统设计和能源管理设计，可以实现高压输电线路的自主巡线和检修任务，提高巡线效率，保障工作人员的安全，为电力系统的运行提供稳定可靠的保障。
未来随着技术的不断进步，高压输电线路巡线机器人将发展出更加先进和智能的形态，为电力行业带来更大的效益和发展空间。