（答辩稿）巡线机器人的设计（CAD图纸+DOC论文）

格式：RAR 上传：2025-11-24 08:22:25

巡线机器人的设计摘要的地方是柔性臂的姿态除了上下调整外，还需要水平调整，其余完全相同当线路坡度较大驱动轮摩擦驱动无法实现机器人行进时，直接表现为驱动轮打滑，此时机器人三个制动器立即抓线，并与丝杠螺旋副组成蠕动爬行机构，进行蠕动行进。本课题对巡线机器人的主要技术指标和要求是具有自主越障能力具有定爬坡能力单机重量小于千克总体结构考虑到输电线路具有防振锤耐张线夹悬垂线夹跳线和转弯等各种障碍并具有定坡度。为了达到上述要求，巡线机器人的机械手必须动作灵活，工作范围大，能完成规定的动作，应有自由度个，结构紧凑，重量轻。我们摒弃机器人常规结构形式，设计出了适用于输电线路的自动巡线机器人，其总体机构二维简图如图.所示，三维图如图.所示。主要由五大部分组成驱动装置刹车制动装置手掌开合装置柔性臂电源箱和控制箱。柔性臂机械手的手臂是执行机构中的主要运动部件，它用来支承腕关节和末端执行器，并使它们能在空间运动。为了使手部能达到工作空间的任意位置，手臂般至少有三个自由度，少数专用的工业机器人手臂自由度少于三个。手臂的结构形式有多种，常用的构形如图.所示.本课题要求机器人手臂能达到工作空间的任意位置，同时要结构简单，容易控制。由于在同样的体积条件下，关节型机器人比非关节型机器人有大得多的相对空间手腕可达到的最大空间体积与机器人本体外壳体积之比和绝对工作空间，结构紧凑，同时关节型机器人的动作和轨迹更灵活，因此该机器人采用关节型机器人的结构。手腕的构形也有多种形式。三自由度的手腕通常有以下四种形式型型型和型。如图.所示。表示弯曲结构，表明组成腕关节的相邻运动构件的轴线在工作过程中相互间角度有变化。表示转动结构，表明组成腕关节的相邻运动构件的轴线在工作过程中相互间角度不变。结构由于采用了两个弯曲结构使结构尺寸增加了，而与前者相比结构紧凑。由于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.所示。综上所述，柔性臂由机座肩关节大臂肘关节小臂腕关节和末端执行器组成。共有四个自由度，依次为大臂回转小臂俯仰手腕俯仰手腕回转。肩关节和肘关节均由精密涡轮蜗杆减速器和转盘组成。电机通过精密涡轮蜗杆减速器带动转盘转动，实现手臂水平方向和竖直方向的自如运动。通过控制电机的制动装置，还能够实现手臂刚性与柔性的平滑转换，使机器人适应跨越转弯跳线时位置和姿态的要求。通过工作情况的需要，定出该巡线机器人的机械手运动参数如下大臂长手腕长小臂长末端执行器长各关节转动范围关节关节关节关节驱动装置机器人驱动装置是带动各个关节到达指定位置的动力源。通常动力是直接或经电缆齿轮箱或其他方法送至各个关节。目前使用的主要有三种驱动方式液压驱动气动驱动和电机驱动。液压驱动以高压油作为工作介质，可以实现直线运动或者是旋转运动，驱动机构可以是闭环或者是开环的。液压驱动的优点是能得到较大的出力，工作压力通常达，但是液压元件造价高昂，而且容易泄露污染环境，而且必须配备专用的液压阀，储油罐，体积庞大。气动驱动的工作介质是高压空气，气动控制阀简单便宜操作简单易于编程，可以完成大量的点位搬运操作任务，但是缺点是气压伺服难以实现高精度控制，只能用在满足低精度的场合。故本机械手采用电机驱动。电机驱动方式具有结构简单易于控制使用维修方便不污染环境等优点，这也是现代巡线机器人的设计摘要机器人,设计,毕业设计,全套,图纸第章绪论.研究背景及意义电力系统最重要的任务是提供高质量和高可靠性的电力。电力传输必须依靠高压输电线路，它的安全稳定运行直接影响电力系统的可靠性。由于输电线路分布点多面广，绝大部分远离城镇，所处地形复杂，自然环境恶劣，且电力线及杆塔附件长期暴露在野外，会受到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，如不及时修复更换，原来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，从而造成极大的经济损失和严重的社会影响。所以，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，以便及时发现和消除隐患，预防事故的发生，确保供电安全。目前，对输电线路的巡检主要采用两种方法，即地面人工目测法和直升飞机航测法。前者的巡检精度低，劳动强度大，且存在巡检盲区。部分地区大雪封山时，车辆和行人无法进入如图.所示在深山还有野兽出没，这给巡视人员带来了很大的安全隐患后者则存在飞行安全隐患且巡线费用昂贵如图.所示。如果用直升机巡视替代地面巡视，则每公里年巡视费用同塔双回线需.万元单回线万元。如果用直升机在整个东北电网覆盖地区巡视则需超过万元。费用过于昂贵，直接限制了直升机巡视的广泛推广。由于巡线机器人可以克服上述缺陷，因此，巡线机器人已成为特种机器领域的个研究热点。巡线机器人不仅可以减轻工人巡线的劳动强度，降低高压输电的运行维护成本，还可以提高巡检作业的质量和科学管理技术水平，对于增强电力生产自动化综合能力，创造更高的经济效益和社会效益都具有重要意义。巡线机器人悬挂于架空避雷线上，并以此为行驶作业路径，通过自动控制方式完成输电线路巡检作业，及对线路的机械电气故障，包括绝缘子劣化和污秽导线的机械破损连接金具机械松脱等故障进行检测。其特殊的作业环境要求机器人能够沿输电导线全程运行，包括沿输电导线的直线段和耐张线段实现滚动爬行，跨越及避让悬垂线夹悬垂绝缘子防振锤耐张线夹等结构型障碍物。因此，机器人的本体设计是整机设计中个相当重要的部分，需经过多次反复才能完成在进行机器人结构分析和设计时，需要建立定的实验环境导线物理模型障碍物等，对样机进行多次实验以检验其是否能达到预期的目标，这就导致其设计的周期长设计效率低以及改型工作量大等缺点。此外，样机的单机制造增加了成本。在竞争的市场条件下，基于物理样机的设计验证过程严重地制约了产品质量的提高成本的降低及市场推广应用。然而，利用仿真技术可以方便地建立机器人的虚拟样机模型。在设计之初，就可以实现对整个系统的运动分析动力分析载荷及应力分析等，可大大提高机器人本体设计的质量和效率。而且，仿真软件的应用可以使设计更为优化，即在计算机上修改设计缺陷，仿真试验不同的设计方案，对整个系统进行不断改进，直至获得最优设计方案。同时，通过计算机仿真可以代替己有的物理样机进行各种状态的仿真分析，降低物理样机现场实验的风险。利用仿真数据对模型进行修改，综合仿真数据与理论数据对所设计的虚拟样机性能做出准确的评价及提出建议。本文将仿真技术引入到巡线机器人机构运动学分析中，为研究巡线机器人作业性能及运动学特性，从虚拟样机的角度，提供了定的参考依据。本文所建立的巡线机器人全参数化模型，可以通过实验数据对其进行修正，从而为机构的设计优化路径规划等做出铺垫。.架空线路巡线机器人与机器人仿真文献综述架空线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