本文關鍵詞：輸電線路巡檢機器人樣機的越障控制研究與實現

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【摘要】：我國遠距離輸電線網絡分布較廣,需要經過條件惡劣的荒郊野外,易受到自然環(huán)境、人畜破壞和自身損耗的影響,需要對線路定期巡檢。傳統巡檢方式主要以人工巡檢和航空巡檢為主,存在勞動強度大、精度低、效率不高且費用高昂等問題。隨著近年來機器人技術的發(fā)展,以巡檢機器人代替?zhèn)鹘y巡檢方式,可以減輕巡檢工作負擔,提高輸電線路管理和維護的自動化水平。本文中巡檢機器人樣機的研制工作以重慶電科院項目研發(fā)為背景,主要目的是結合國外優(yōu)點,在第一代樣機的經驗上進行優(yōu)化改進,使之可以跨越所有大型障礙物、提高越障效率,并保持越障穩(wěn)定性。本文的工作重點也將從這三個方面入手。本文設計的重點主要分為三大部分,首先在分析研究機器人越障過程中影響機器人穩(wěn)定與各種擾動因素的基礎上,完成了機器人平衡系統的設計:通過對機器人越障單元(夾持機構)的受力分析及機器人本體越障過程中的擺動分析,得到相關擾動參數,然后使用傳感器對擾動參數進行數據采集和模數轉換,把轉換完成的數據通過多傳感器融合及卡爾曼濾波等信息處理技術進行預處理,再通過擾動平衡控制器及時對擾動變量進行補償,控制夾持機構氣動系統,獲得較好的平衡效果。其次,機器人的控制系統總體框架搭建采用分層控制結構,由地面控制單元和線上機器人車載控制系統兩大部分組成。其硬件主要組成部分包括工控機、數傳模塊、圖傳模塊、單片機、伺服驅動系統和各類傳感器。其軟件系統主要分為地面人機交互系統和線上車載控制程序。人機交互系統實現對機器人參數監(jiān)控與操作,線上控制程序主要由機器人巡檢越障主程序、伺服控制程序、傳感器檢測程序及通訊程序等組成。最后,對巡檢機器人先后進行了室內與室外測試。室內實驗以機器人功能性測試與控制系統性能測試為主,主要有越障測試、夾持機構壓力測試和平衡系統穩(wěn)定性測試等。室內測試實驗可以及時修正機器人許多設計錯誤,并對控制系統進行了大量的調試,最終得以達到樣機需求標準。在室外測試過程中主要是了模擬真實場景下的機器人越障能力及是否會遇到設計以外的突發(fā)狀況,為后續(xù)的最終上線工作做好準備。試驗結果表明:機器人線上越障能力優(yōu)秀,速度平穩(wěn),各個系統控制良好,滿足設計要求。
【關鍵詞】：輸電線路 巡檢機器人 控制系統 平衡系統
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 課題研究目的和意義9-10
• 1.2 國內外巡線機器人研究現狀10-13
• 1.3 國內外機器人發(fā)展綜述13-14
• 1.4 本文的主要研究內容14-15
• 1.5 本章小節(jié)15-16
• 2 巡檢機器人技術方案16-22
• 2.1 巡檢機器人工作環(huán)境16-18
• 2.1.1 直線桿塔16-17
• 2.1.2 輸送電線17
• 2.1.3 金具17-18
• 2.1.4 環(huán)境影響18
• 2.2 巡線機器人樣機總體設計方案18-21
• 2.2.1 機器人樣機主體設計方案19
• 2.2.2 機器人材料選型19-20
• 2.2.3 高壓巡檢機器人技術參數20-21
• 2.3 本章小結21-22
• 3 巡檢機器人機械結構、越障策略22-28
• 3.1 巡檢機器人樣機機械結構設計22-26
• 3.1.1 行走單元22-23
• 3.1.2 開合單元23-24
• 3.1.3 旋轉單元24-25
• 3.1.4 云臺相機25-26
• 3.1.5 其他組件26
• 3.2 巡檢機器人樣機越障步驟26-27
• 3.3 本章小結27-28
• 4 巡檢機器人樣機越障平衡系統28-36
• 4.1 夾持機構氣動比例壓力控制系統28-30
• 4.1.1 氣缸比例壓力控制系統原理28-30
• 4.1.2 氣動比例壓力系統數學模型30
• 4.2 巡檢機器人越障平衡擾動參數分析30-32
• 4.2.1 夾持機構受力分析30-31
• 4.2.2 機器人越障擺動參數分析31-32
• 4.3 機器人擾動參數處理及平衡控制器設計32-35
• 4.3.1 擾動參數采集32-33
• 4.3.2 多傳感器融合技術33-34
• 4.3.3 聯合卡爾曼濾波34-35
• 4.3.4 巡檢機器人越障擾動平衡控制器設計35
• 4.4 本章小結35-36
• 5 巡檢機器人樣機控制系統36-51
• 5.1 巡檢機器人控制系統總體框架36-37
• 5.2 巡檢機器人軟件設計37-40
• 5.2.1 機器人地面操作系統38-39
• 5.2.2 機器人車載控制系統39-40
• 5.3 巡檢機器人樣機硬件組件40-43
• 5.4 機器人伺服系統設計43-50
• 5.4.1 滑輪與電力線間摩擦力測試43
• 5.4.2 電機選型43-44
• 5.4.3 機器人伺服系統44-45
• 5.4.4 電機數學模型45-47
• 5.4.5 伺服系統設計與實現47-50
• 5.5 本章小結50-51
• 6 高壓巡檢機器人測試平臺搭建及實驗測試51-57
• 6.1 樣機研制51
• 6.2 室內測試平臺搭建與測試51-54
• 6.2.1 測試平臺搭建51-52
• 6.2.2 障礙物跨越測試52-53
• 6.2.3 夾持機構壓力控制系統測試53
• 6.2.4 越障平衡控制系統測試53-54
• 6.2.5 結論54
• 6.3 室外實驗54-56
• 6.3.1 實驗環(huán)境54-55
• 6.3.2 行走越障測驗55-56
• 6.4 本章小結56-57
• 7 結論與展望57-59
• 7.1 總結57
• 7.2 展望57-59
• 致謝59-60
• 參考文獻60-63
• 附錄63
• A. 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及專利63
• B. 作者在攻讀碩士學位期間參與的科研項目63
• C. 作者在攻讀碩士學位期間獲得的榮譽63

【參考文獻】

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本文編號：770601