文档介绍：本科毕业设计(论文)
文献综述
题目缆线机器人的机构设计及仿真
姓名
专业机械设计制造及其自动化
学号
指导教师
郑州科技学院机械工程学院
二○一六年四月
目录
1 引言 3
2 国内外机器人研究成果 4
国外机器人研究成果 4
8
3 总结 10
参考文献 12
1 引言
随着我国经济的高速发展,超高压大容量输电线路越建越多,线路走廊穿越的地理环境更加复杂,如经过大面积的水库、湖泊和崇山峻岭,给线路维护带来很多困难。而且在严冬及初春季节,我国云贵高原、川陕一带及两湖地区常出现雾凇和雨凇现象,造成架空输电线路覆冰,使线路舞动、闪络、烧伤,甚至断线倒杆,使电网结构遭到破坏,安全运行受到严重威胁。在紧急情况下,寻道员用带电操作杆或其它类似的绝缘棒只能为很少的一部分覆冰线路除冰,人工除冰有很高的危险性。
在国外,一些国家的地理与气候情况与我国相似,甚至一些国家的情况更加恶劣,为了保证电力系统的可靠性,提高高压输电线除冰的效率,减少损失,维护人工的安全,开发一种可以替代或部分替代工人进行除冰作业的新型设备一直是国内外相关研究的热点。因此,研制安全有效的除冰机械以代替人进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义。
2 国内外机器人研究成果
国外机器人研究成果
从20世纪80年代末,国外已经开展了巡线机器人的研究。而除冰机器人是比巡线机器人更复杂的机电一体化结构,目前国内没有技术成熟的除冰机器人。
1988年,东京电力公司的Sawada等人首先研制了具有初步自主越障能力的光纤复合架空地线(OPGW)巡检移动机器人,如图2-1。当遇到杆塔时,该机器人利用自身携带的导轨从杆塔侧面滑过,待机器人夹持轮抱紧线塔另一侧的地线后,将弧形手臂折叠收起,以备下次使用。机器人携带的导轨约100kg,由于自身质量过大,对能源的要求较高。其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铠装层的损伤情况,并把探测数据记录到磁带上,由于存储量有限,巡检完一段距离的线路后就需要读出数据,实际应用受到了限制。
图2-1 OPGW巡检机器人
1989年,日本NTT公司的Shinichi Aoshima等人研制了一种由多个独立单元组成的机器人。如图2-2所示。机器人采用了“头部决策,尾部跟随”的仿生控制方式,类似一个蛇形机构,由六对左右对称、相互联接的小车组成,每个单元小车有两个电机,一个用于行走驱动,另一个用于控制联接前后小车的旋转关节的关节角;左右小车采用具有自保安功能的磁锁机构联接,磁锁机构用永久磁铁将左右小车牢牢锁紧,使两车橡胶驱动轮抱住馈电电缆,由行走电机驱动沿电缆平稳爬行。当机器人遇到分支线、绝缘子等障碍物时,每对小车上磁锁机构中的电磁铁通电,顺次将磁锁打开,机器人再改变两侧旋转关节的关节角,使左右小车分开,小车依次通过障碍物后,控制两侧旋转关节使左右小车合拢,电磁铁断电,磁锁再次锁紧,机器人恢复正常行走状态。该机器人本体的缺点是驱动关节较多,能耗大且控制复杂。
图2-2 蛇形巡检机器人
美国TRC公司1989年研制了一台悬臂式巡线机器人,如图2-3所示。在架空线路上主要以爬行的方式运动,携带相关设备可以执行电晕损耗检查和绝缘子、压接管等视觉检查的任务,将探测到的故障数据经预处理后传给地面。当该机器人遇到杆塔时,还采用仿人攀援的方法从塔的侧面越过杆塔。
图2-3 美国TRC悬臂式巡检机器人
由日本Sato公司生产的电力线损伤探测器也采用了单体小车结构,如图2-4所示。能够在地面人员的遥控下,沿电力线行走,利用车载探测仪器探测线路损伤程度及准确位置,将获取的数据和图片资料存储在数据记录器中。地面工作人员可回收复查,进一步确定损伤情况。探测器不具备越障功能,遇到线路附件等障碍物时便可自动停止前进。该损伤探测器于1993年赢得Shibusawa大奖。
图2-4 日本Sato公司生产的巡检机器人
加拿大魁北克水电研究院的Serge Montambault 等人2000年开始了HQ LincROVer遥控小车的研制工作,如图2-5所示。该机器人起初用于清除输电线上的积冰,逐渐发展为用于线路巡检、维护等多用途移动平台。第三代原型机结构紧凑,仅重25千克,驱动力大,抗电磁干扰能力强,能爬的坡,通信距离可达1千米。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、压接管状态评估、导线和底线更换、导线清污和除冰带电作业,已在工作电流为800A的315KV电力线上进行了多次现场测试。但是,HQ LincROVer无越障能力,只能在两线塔之间的电力线上工作
。目前,研究组正在开发具有越障功能的自治移动小车,试验结果表明,新一代HQ LincROVer能