架空電力線路巡線機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究

架空電力線路巡線機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究

采用高壓和超高壓脫軌電能線是長(zhǎng)距離電源的主要方式。電能線和塔架的固定部件長(zhǎng)期暴露在外面。由于持續(xù)的機(jī)械張力、電氣閃燃和材料老化的影響，容易發(fā)生破碎、磨損和腐蝕等損壞。如果不及時(shí)修復(fù)或更換，最初的小損壞和錯(cuò)誤可能會(huì)擴(kuò)大，這將帶來嚴(yán)重的后果，導(dǎo)致大面積的停工和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前，國(guó)外的輸電線監(jiān)測(cè)方法為地面監(jiān)測(cè)方法和導(dǎo)航技術(shù)。采用手動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，勞動(dòng)強(qiáng)度高，工作效率低，可靠性低。航測(cè)法采用直升飛機(jī)在線，技術(shù)難度高，運(yùn)營(yíng)成本高。移動(dòng)裝置技術(shù)的發(fā)展為新的移動(dòng)平臺(tái)奠定了堅(jiān)實(shí)的電路電源監(jiān)控。在線機(jī)器人可以在線工作，在一定速度內(nèi)通過輸入線進(jìn)行傳輸，并可以通過各種障礙近距離檢測(cè)線路通道。在線機(jī)器人的主體結(jié)構(gòu)旨在通過巧妙的組合，降低當(dāng)前控制的難度，同時(shí)通過合理的控制方法，使新機(jī)器人機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)更加突出。因此，近距離機(jī)器人的研究不僅具有重要的理論意義，而且具有潛在的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，它具有良好的研究?jī)r(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。1采用帶明顯擺動(dòng)和帶顯示的三種液壓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)器人總體機(jī)構(gòu)方案:通過借鑒國(guó)外較成熟的機(jī)構(gòu)與我國(guó)實(shí)際相結(jié)合,將機(jī)器人設(shè)計(jì)成3只手臂,以實(shí)現(xiàn)能夠平穩(wěn)地跨越各種障礙.整個(gè)機(jī)器人主要由五部分組成:垂直擺動(dòng)柔性臂、驅(qū)動(dòng)裝置、手掌開合裝置、電源箱和控制箱.輪式爬行機(jī)構(gòu)行走平穩(wěn),速度快,有利于移動(dòng)平臺(tái)上線路探測(cè)儀器的可靠工作,目前巡線機(jī)器人多采用此類爬行機(jī)構(gòu),筆者設(shè)計(jì)的機(jī)器人也沿襲采用了此種方案.通過參考國(guó)外比較成熟的機(jī)器人的手臂設(shè)計(jì)及結(jié)合設(shè)計(jì)指標(biāo),初步確定了采用絲杠、絲母?jìng)鲃?dòng)的升降臂和新穎的兩重四連桿機(jī)構(gòu)手臂,這種設(shè)計(jì)組合能夠?qū)崿F(xiàn)剛性與柔性之間的轉(zhuǎn)換.通過兩個(gè)垂直擺臂的復(fù)合調(diào)節(jié),使三個(gè)單體能夠具有不同的位置和姿態(tài),以適應(yīng)跳線及各種障礙的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)要求.擺動(dòng)柔性臂整體機(jī)械結(jié)構(gòu)不僅能夠滿足跨越各種障礙和跳線的要求,而且還能通過調(diào)節(jié)連桿之間的長(zhǎng)度,實(shí)現(xiàn)不同的跳線長(zhǎng)度要求.通過以上設(shè)計(jì)方案的組合,筆者設(shè)計(jì)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)的雛形如圖1所示.2主要部件的零件圖和安裝圖2.1直大擺臂和垂直小擺臂擺動(dòng)柔性臂由兩部分組成:垂直大擺臂和垂直小擺臂.垂直大擺臂和垂直小擺臂采用兩重四連桿機(jī)構(gòu),并且能夠?qū)崿F(xiàn)剛性與柔性之間轉(zhuǎn)換.擺動(dòng)柔性臂整體機(jī)械結(jié)構(gòu)不僅能夠滿足跨越各種障礙和跳線的要求.手臂設(shè)計(jì)如圖2所示。2.2高強(qiáng)度龍牛爐驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)裝置由直流電機(jī)、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)輪組成.驅(qū)動(dòng)輪采取中間分離式,使其在跨越線夾、懸錘及跳線時(shí)能夠打開,實(shí)現(xiàn)跨越.驅(qū)動(dòng)輪采用高強(qiáng)度尼龍作骨架,可以減輕驅(qū)動(dòng)裝置的重量,增加驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)時(shí)與線路的摩擦系數(shù),防止打滑,同時(shí)又消除了對(duì)鋁裸線的磨損.驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用直流電機(jī),以保證有足夠的驅(qū)動(dòng)力.整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置不僅能夠保證機(jī)器人的正常行走,也能夠?qū)崿F(xiàn)爬越<50°的跳線.驅(qū)動(dòng)輪支撐架采用中空設(shè)計(jì),使機(jī)器人單體遇到防震錘時(shí),在不做任何調(diào)整狀態(tài)下,直接越過,大大提高了機(jī)器人行走效率.驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)如圖3。2.3開口裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)開合裝置由螺旋機(jī)構(gòu)和增力夾緊機(jī)構(gòu)組成.螺旋機(jī)構(gòu)采用平穩(wěn)的絲杠、絲母?jìng)鲃?dòng),由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng),絲杠通過螺紋傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)絲母上下平動(dòng).驅(qū)動(dòng)支架與絲母連接在一起,在絲母帶動(dòng)下絲杠伴隨上下移動(dòng),驅(qū)動(dòng)支架與驅(qū)動(dòng)支架滑塊通過銷軸連接在一起,通過驅(qū)動(dòng)支架的上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化到滑塊的水平運(yùn)動(dòng)上,以實(shí)現(xiàn)手掌的開合.滑塊的水平運(yùn)動(dòng)與支架的上下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的過程為:導(dǎo)軌與升降筒固定在一起在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中保持不動(dòng),滑塊與驅(qū)動(dòng)支架通過銷軸連接在一起,銷軸在支架與水平線成45°角的斜導(dǎo)軌內(nèi)滑動(dòng),支架在滑動(dòng)過程中通過銷軸給了滑塊一個(gè)垂直其斜導(dǎo)軌的力,該力在水平方向與垂直方向各有一分力,其水平分力驅(qū)動(dòng)滑塊開合運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的要求.開合裝置結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。3零件設(shè)計(jì)與虛擬總成裝配SolidWorks是一款優(yōu)秀的基于WindowsNT/2000/XP的三維造型軟件,可以進(jìn)行三維零件設(shè)計(jì)和三維虛擬裝配,并支持參數(shù)驅(qū)動(dòng),可以隨意更改設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),所設(shè)計(jì)的零件能自動(dòng)改動(dòng);具有類似于Windows資源管理器的特征管理器,可以方便地查看復(fù)雜零部件的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和層次關(guān)系;其相關(guān)技術(shù)使得零部件之間、零部件與工程圖之間以及零部件與裝配圖之間的更新完全同步;同時(shí)還具有強(qiáng)大的復(fù)雜曲面造型能力,能輕松設(shè)計(jì)出表面形狀復(fù)雜的曲面零件.SolidWorks不但具有上述特點(diǎn),它還可以通過三維裝配圖動(dòng)態(tài)地仿真出構(gòu)件間的傳動(dòng)關(guān)系,從而縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期,降低設(shè)計(jì)成本,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量,因此被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)中,已經(jīng)發(fā)展成為三維機(jī)械造型的主流設(shè)計(jì)工具.設(shè)計(jì)當(dāng)中,對(duì)各個(gè)零件都進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì),通過三維造型,改進(jìn)設(shè)計(jì)造型.在實(shí)際的零件設(shè)計(jì)中,由于大型零部件的設(shè)計(jì)均分解為很多的小零件,小零件要合理地裝配起來,用來檢驗(yàn)小零件的功能以體現(xiàn)其價(jià)值.對(duì)于復(fù)雜的零部件的裝配又劃分為獨(dú)立的零部件和裝配體,稱為子裝配體.裝配體使用的命令有插入零部件、配合等常用命令.這里采用了子裝配的方案,部分零件圖與子裝配圖如圖5所示.各零件的仿真分析與子裝配完成之后,最終進(jìn)行了虛擬總裝,如圖6所示。在SolidWorks平臺(tái)上進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)與改進(jìn),一次性成功設(shè)計(jì)、裝配出了巡線機(jī)器人的物理樣機(jī),并在試驗(yàn)線路上取得了成功.物理樣機(jī)實(shí)物照片如圖7所示.4仿真優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)過程本文講述了特種機(jī)器人——巡線機(jī)器人研究的價(jià)值與意義,介紹了其本體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu),通過在Solid