路巡线机器人研究概况国外巡线机器人的研究始于世纪年代末，日本加拿大美国等发达国家先后开展了巡线机器人的研究工作。年，东京电力公司的等人研制了光纤复合架空地线巡线移动机器人，如图所示。该机器人利用对驱动轮和对夹持轮沿地线爬行，能跨越地线上防振锤螺旋减震器等障碍物。遇到杆塔时，机器人采用仿人攀援机理，先展开携带的弧形手臂，手臂两端勾住线塔两侧的地线，构成个导轨，然后本体顺着导轨滑到线塔的另侧待机器人夹持轮抱紧线塔另侧的地线后，将弧形手臂折叠收起，以备下次使用。机器人运动控制有粗略和精确定位两种模式，粗略控制是把线塔和地线的资料数据线塔的高度位置电线长度线路上附件数量等预先编制好程序输入机器人，据此控制机器人的行走和越障精确定位控制则根据传感器反馈信息进行控制。机器人携带的损伤探测单元采用涡流分析方法探测光纤复合架空地线的损伤情况，并把探测数据记录到磁带上。但因其质量过大，达到，而不能推广应用。图导轨巡线机器人机器人仿真简介加拿大魁北克水电研究院的等人在年开始了遥控小车见图的研制工作，遥控小车起初用于线路巡检维护等多用途移动平台。第三代原型机构紧凑，仅重，驱动力大，抗电磁干扰能力强，能爬度的斜坡，通信距离可达，小车采用灵活的模块化结构，安装不同的工作头即可完成架空线视觉和红外检查压接头状态评估导线和地线更换导线清污和除冰等带电作业，已在工作电流为的电力线上进行了多次现场测试，但是没有越障能力，只能在两线塔间的电力线上工作。图遥控小车美国公司年研制了台悬臂巡线机器人原型，如图所示。它能沿架空导线长距离爬行，执行电晕损耗绝缘子结合点压接头等视觉检查任务，对探测到的线路故障数据预处理后，传送给地面人员。当机器人遇到杆塔时，利用手臂采用仿人攀援的方法从侧面越过杆塔。其缺点是无法攀爬度以上的斜坡而不能广泛应用。图悬臂巡线机器人文献中，介绍了工作于光纤架空地线，能够跨越防振锤和线夹的机器人。文献给出了种新型移动机器人机构，由双臂四套执行机构和手爪构成，该机器人能够沿架空地线行走，并且能够跨越杆塔。文献给出了种能够沿架空地线行走并且跨越防振锤杆塔线夹等障碍物的移动机器人。但上述机器人都具有个以上的自由度，导致功耗过高而不能应用到实际工作中。中国与国外先进技术的差距图是中国科学院沈阳自动化研究所研制出的具有自主知识产权的超高压输电线路巡检机器人，并于年月日与锦州超高压局合作开展了现场带电巡检试验，在其所管辖的超高压输电线东辽二线上成功地完成了沿线行走，但没有越障能力。图沈阳自动化所巡线机器人本文主要内容综合国内外对于巡线机器人的研究情况，当代巡线机器人的研究主要集中于以下几个方面机器人结构机器人机械结构形式的选型和设计，是根据实际需要进行的。在机器人机构方面，结合机器人在各个领域及各种场合的应用，研究人员开展了丰富而富有创造性的工作。但大多数仍处于实验阶段，而轮式机器人由于其控制简单运动稳定和能源利用率高等特点，正在向实用化迅速发展。运动控制技术稳健的运动控制技术是移动机器人整体性能的基础，由于移动机器人本身是个非完整约束系统，是个欠驱动的零漂移的动力学系统，因此，该系统不能通过连续可微的时不变的状态反馈加以镇定。为此，通过时变不连续控制以及混合策略，根据动力学模型和运动学模型，建立合理的反馈控制律，实现车速和转向的自动控制，以及不同工作状态之间的平稳过渡，是该项技术的核心内容。路径规划技术该技术主要包括基于地理信息的全局路径规划技术和基于传感信息的局部路径规划技术。由于自主式移动机器人在地面上行驶，必须避开它无法通过的或对其安全行驶构成威胁的障碍物或区域，因此局部路径规划，尤其是复杂环境下的路径规划问题，显得更为重要。实时视觉技术该技术主要涉及到视觉信息的实时采集预处理特征提取和模式识别。而且，视觉信息处理的能力处理速度处理的可靠性和准确性是决定智能机器人整体性能的决定性因素。定位和导航技术该技术是现代轮式移动机器人研制所急需的关键技术，也是下代无人战车的技术基础。位置的测量可以分为相对位置测量和绝对位置测量，测量方法有里程计惯性导航主动灯塔磁罗盘全球定位系统地图模型匹配和自然路标导航等。多传感集成和数据融合技术自主式移动机器人采用测距技术，定位技术和小型陀螺仪技术等多种传感技术来采集不同类型的环境信息。因此，准确地处理和分析不同传感器采集到的信息，用于对所处环境作出准确可靠的描述并据此作出正确的决策和控制，是多传感集成和数据融合研究的任务。检测技术种是可见光检测方法，采用高分辨率摄像机摄取目标图像，般能发现架空线大部分表面故障现象，精度和准确度取决于图像质量。如何让巡线机器人自主控制携带的摄像设备，捕捉特定目标，获取多视角高清晰度目标图像是关键另种是红外探测技术，当输电导线存在诸如导线断股绝缘子破损等故障时，故障点附近会出现局部温升，产生热辐射。这些故障难以通过视觉检查发现，我们可以采用红外探测技术加以弥补。具体来说，就是热成像技术，这是种广泛用于输变电系统的故障探测技术，可以摄取表面温度超过周围环境温度的异常温升点的红外光谱图像，然后根据图像，人工或自动判读可能的故障器件的功率，并根据他的传动效率，及其传动过程中能量的损失，来选择适合电机的规格。接下来根据这种规格电机的额定转速，与机械实现动作所需的转速对比，如果差距相当大，还又必要加入变速器，来选择适当的转速。转速的要求已经求得内丝杆要求的上升速度应为，又因为主动丝杆螺距为。根据公式，得丝杆上升个螺距的时间，上升个螺距的时间即是丝杆转动周的时间，那么，主动丝杆须要的转速为。功率的要求根据速度要求以及负载的要求垂直载荷为，又已算得内丝杆传动的机械效率为根据公式，得内丝杆须要的功率是，又因为机器人挂臂升降速度平均分配在内外丝杆上，只是螺母的位置不同，旋转方向不同。因此，从动齿轮所带动的外丝杆负载与内丝杆相等，由于齿轮的传动比为。因此，内外丝杆的转速也相同，根据所选用的内外丝杆螺纹的规格相同，所以，他们的传动效率也相等。将参数带入公式，根据公式，他们所需的功率也相等。即。且通过齿轮啮合，将外丝杆升降的负载通过齿轮啮合，将转矩传递给齿轮，也就是带齿轮的联轴器上，因此为了实现挂臂升降的动作要求，以及功率的损失，齿轮箱的输入功率必须不小于内丝杆传动所需功率与外丝杆所需功率之和。因此，丝杆须要的输入功率是。已计算得内丝杆须要的转速为。内丝杆直接通过电机带动，因此，电动机通过变速器调整后的额定转速必须略大于丝杆须要的转速。这样在转速需要改变的时候，可以调节。然而，在转矩的传递过程中，由于各个零件都会有功率的损失，转矩通过多级传动，在本例中，有丝杆螺母副传递过程中的功率损失，有齿轮啮合过程中的功率损失，有摩擦，做功产生热量等功率损失，所以必须考虑各个环节的功率传递效率，从而计算出总的机械效率。考虑电机的转速不高，联轴器所传递的转矩，损失功率不大，因此，设定联轴器效率。由于所选用的齿轮传递的转矩小，且齿轮传动的特点传动效率比较高，因此，估计齿轮传动效率。由于传动零件的工艺精度并不高，所以会产生定的摩擦阻力，现在估计摩擦阻力，热量损失。计算机械效率根据效率叠加原则，计算得机械效率为计算得机械效率的数值属于比较适中，功率的损失属于可接受的范围，对于功率传递的运用比较合理。根据般电动机功率规格，电动机效率取。电机功率计算公式估其中估为电动机必须达到的额定功率。根据公式，得估根据计算得的电动机功率，选择电动机的型号，选择的电动机的额定功率必须大于功率的计算值，但也不适宜选用大功率的电机，额定功率参数要比较接近计算值，以免功率的浪费。根据以上要求，选择电机型号为。选择电机的额定功率参数为，额定转速参数为为。由于电动机的额定转速大大超过计算得的机械所需的转速值，因此要在电动机前加置变速器来改变转速。为了使转速值留有余量，选择的变速器。电机型号的选择选择型号为的变速器，变速后，该电机所能提供的最大转速符合所需转速要求，并且可以适当调节转速的大小，这样即使挂臂升降的速度要求有定程度的增大，也可以实现动作要求。该电动机的最大效率为，初选电机效率的数值可以达到。结论结论检线机器人技术为架空电力线路提供了新的平台。对巡线机器人技术的研究更是在近些年成为研究的热点。巡线机器人个重要的作用就是自主跨越障碍。因此，关于巡线机器人挂臂的研究更成为其中的重点，如何可以让巡线机器人灵活自主地跨越障碍，就有赖于其挂臂的研究，本设计主要针对于实现挂臂伸缩和旋转这两个自由度的做系列的计算和改进。让巡线机器人可以在长距离架空电力线路上自主前进。并且在自重上，做到尽量小，减小对电力线路的负载。经过初期结构方案的确定，到中期设计计算，图纸设计，再到最后撰写论文。如今巡线机器人伸缩挂臂的设计终于设计完毕。本设计始终本着自重小，刚性好的特点，切从实际出发。本设计在充分分析了国内外的巡线机器人技术研究的现状和发展的趋势的基础上，结合本校已有的巡线机器人技术，设计出款实用的机器人挂臂。在此基础上，本人撰写了论文。该课题的主要设计内容为巡线机器人基本结构的设计工程图纸设计机械本体及各部件强度的校核本设计已基本达到主要技术要求和结构要求，但还有很多以后须要改进的地方，比如自身的重量还可以进步减小，升降齿箱的结构过于紧凑等等。以后的设计研究可以在机械本体的结构和所用的材料上加以改进。参考文献参考文献孙靖民，王新荣现代机械设计方法选讲哈尔滨哈尔滨工业大学出版社张运楚，梁自泽，谭民架空电力线路巡线机器人的研究综述机器人郭洪红工业机器人技术西安西安电子科技大学出版社姚俊，马松辉建模与仿真西安西安电子科技大学出版社李元宗机器人转动惯性张量的坐标变换机器人，温熙森，邱静，陶俊勇机电系统分析动力学及其应用北京科学出版社龙春风机械设计北京清华大学出版社，董吉谔电力金具手册北京中国电力出版社参考文献费仁元,张慧慧机器人机械设计和分析北京北京工业大学出版社周延泽巡线机器人的爬行方案设计机器人技术与应用龚振邦机器人机械设计北京北京电子工业出版社付京逊,冈萨雷斯,李机器人学北京中国科学技术出版社赵锡芳机器人动力学上海上海交通大学出版社致谢致谢在本次毕业设计中，从资料收集到顺利开题，再到整个设计任务的顺利完成，学生得到了指导教师认真耐心的指导。她多次对设计图纸提出了中肯的修改意见，并帮助学生寻找出现问题的原因，从而顺利的克服了个个难关。使学生在短短几个月中，对机械手设计有了较深刻的认识，并通过此次设计对所学的专业知识进步消化融会贯通，并能初步与实践相结合。老师在本次设计中给予了学生很大的帮助和支持，她严谨的工作态度使学生在本次设计中获益非浅。没有他的教导和帮助，就不会有今天的成绩。她高尚的品质和孜孜不倦的研究方式，使学生在以后的学习和工作中有了奋斗目标。在此衷心向老