【正文】 表 2錯誤 !未找到引用源。 所示。 跨越懸垂線夾 典型應(yīng)用： 1) 用 CCD 相機檢查電力線路的安全隱患，如 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 圖 2–錯誤 !未找到引用源。架空輸電線路機器人是以移動機器人為載體，攜帶檢測儀器或作業(yè)工具，沿架空輸電線路的地線或?qū)Ь€運動，對線路進行檢測、維護等作業(yè)。人工目測往往費時費力而事倍功半，且受制于作業(yè)人員的經(jīng)驗和個人素質(zhì)，人身安全還得不到保障。但是，架空輸電線路長期暴露在野外，因受到持續(xù)的機械張力、風吹日曬、材料老化 的影響，經(jīng)常出現(xiàn)段股、磨損、腐蝕等損傷，如不及時修復(fù)更換，原本微小的破損和缺陷就可能擴大，最終導(dǎo)致嚴重事故，造成大面積停電，從而帶來極大的經(jīng)濟損失和嚴重的社會影響。 早期，傳統(tǒng)的巡線方法采用人工目測（ 圖 1–錯誤 !未找到引用源。人工檢測如飛機巡航則只能檢測輸電線的上半部分。 圖 1–錯誤 !未找到引用源。 LineScout在電力線路上巡檢 基本功能： 應(yīng)用環(huán)境： OGWs(架空地線 )與相線，利用輪子移動，輪爪結(jié)合跨越懸垂線夾，如 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 左所示； 2) 紅外探傷，如 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 LineScout性能參數(shù) 電纜組成與周圍環(huán)境 導(dǎo)體直徑 1260mm 拼接處直徑 2585mm 障礙物最大寬度 導(dǎo)線最高溫度 ℃ 導(dǎo)線數(shù)量 14 電力線最大坡度 25176。 GRP1， 2 為手爪的爪臂。 CAM1， CAM2， CAM3 為機器人的三個 CCD 相機。 日本 Expliner Expliner 是由日本 HiBot 公司和關(guān)西電力公司合作開發(fā)研制的高壓電線巡線機器人，主要目的是用來對高壓架空電線進行巡檢，現(xiàn)在已經(jīng)做成樣機進行了很多實驗。 研發(fā)人員們克服了這些問題，用 Explainer 進行了相關(guān)實驗。傾角的電纜線，還能在傾斜狀態(tài)翻越障礙，如 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 所示， Expliner 是設(shè)計來執(zhí)行遠程高壓線纜巡檢的機器人，它是基于主體上部的兩個滑輪內(nèi)部的合成橡膠與電線的摩擦來移動的，滑輪由直流電機 M1， M2 驅(qū)動。下部有一個搭載著 CounterWeight 的一個2DOF 機械手，中間通過一根垂直基座桿連接起來。 機器人在做直線移動時能到達更高水平的自治控制，不用人控制 Expliner 都能自動在輸電線路上巡檢并反饋線路情況。 10 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 國內(nèi)研究進展 中科院沈陽自動化研究所 中科院沈陽自動化研 究所研制了基于輸電線路行走的巡檢機器人，主要目的是用來對高壓架空電線進行巡檢，現(xiàn)在已經(jīng)做成樣機進行了很多實驗。下面僅對兩輪雙臂機器人的典型實驗進行相應(yīng)的討論。 1) 機器人能夠以 ，能爬上最大傾角 25176。 12 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 90176。 機器人規(guī)格 總重量 30kg 機械手張力 10kg 長 660mm 寬 360mm 高 1000mm 最大形變 5mm 機械結(jié)構(gòu) 如 圖 2–錯誤 !未找到引用源。前臂和后臂上安裝有移動副和轉(zhuǎn)動副用來上下移動前后臂， 可以轉(zhuǎn)動前后輪與機器人本體從而翻越障礙物。新一代巡檢機器人如圖 3 2，（ 1）和（ 5） ——主動輪，驅(qū)動機器人行走；（ 2）和（ 6） ——移動副，實現(xiàn)夾爪上升下降動作；（ 3）和（ 7） ——移動副，實現(xiàn)手臂上升下降動作；（ 4）和（ 8） ——轉(zhuǎn)動副，實現(xiàn)手臂回轉(zhuǎn)動作；（ 9） ——移動副，實現(xiàn)雙臂變距；（ 10） ——移動副，實現(xiàn)質(zhì)心調(diào)節(jié)。 存在的問題 主要存在的問題如下： 1) 越障方案復(fù)雜，越障與運行穩(wěn)定性有待考察； 2) 在架空地線上進行巡檢任務(wù)，視野有限，難免會有檢查死角，不能發(fā)現(xiàn)電力線路的故障與隱患。 所示。 機器人越障功能：根據(jù)具體高壓電纜上障礙物不同，通過兩個小臂上的抓手結(jié)構(gòu)鎖緊 電纜，配合大臂上輪式結(jié)構(gòu)向前越過障礙物，完成越障動作。因此，人機接口盡可能的人性化。 各種外圍設(shè)備如云臺攝像機、紅外熱波探測器、等通過通信接口或者現(xiàn)場總線與機器人控制器相連，實現(xiàn)控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的通信。攝像頭有兩種，一種是普通的攝像頭，用于人工監(jiān)控線路或自動記錄線路情況，另外一個是紅外攝像頭，也稱紅外熱波無損檢測機，用于探測線路內(nèi)部故障 17 移動副轉(zhuǎn) 動 副攝 像 頭電 源控 制 盒輪 組固 線 夾主 控 設(shè) 備 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 輪組機構(gòu) 18 爪組機構(gòu) 同輪組機構(gòu)一樣，爪組機構(gòu)上面安裝一個移動副和一個轉(zhuǎn)動副，另外有兩個固線夾。輪組驅(qū)動運動指的是機器人在輪組機構(gòu)的驅(qū)動下，借助重力作用產(chǎn)生的摩擦力來前進或者后退。 電氣驅(qū)動框圖 為了減輕機器人本體的質(zhì)量，在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時對于結(jié)構(gòu)尺寸做了大量的優(yōu)化設(shè)計，各連桿機構(gòu)、傳動齒輪均進行了最小化設(shè)計。 ， 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 瑞士 Maxon空心杯電機 圖 3–錯誤 !未找到引用源 。空心杯電機具有十分突出的節(jié)能、控制和拖動特性， 空心杯電動機主要有： 1) 節(jié)能特性：能量轉(zhuǎn)換效率很高，其最大效率一般在 70%以上，部分產(chǎn)品可達到90%以上（鐵芯電動機一般在 70%） ； 2) 控制特性：起動、制動迅速，響應(yīng)極快，機械時間常數(shù)小于 28 毫秒，部分產(chǎn)品可以達到 10 毫秒以內(nèi)（鐵芯電動機一般在 100 毫秒以上）；在推薦運行區(qū)域內(nèi)的高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可以方便地對轉(zhuǎn)速進行靈敏的調(diào)節(jié) ； 3) 拖動特性：運行穩(wěn)定性十分可 靠，轉(zhuǎn)速的波動很小，作為微型電動機其轉(zhuǎn)速波動能夠容易的控制在 2%以內(nèi) ； 4) 另外，空心杯電動機的能量密度大幅度提高，與同等功率的鐵芯電動機相比，其重量、體積減輕 1/31/2 22 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 行星減速器內(nèi)部齒輪采用 20CrMnTi 滲碳淬火和磨齒具有體積小、重量輕，承載能力高，使用壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低、輸出扭矩大，速比大、效率高、性能安全的特點。適用于起重運輸、工程機械、冶金、礦山、石油化工、建筑機械、輕工紡織、醫(yī)療器械、儀器儀表、汽車、船舶、兵器和航空航天等工業(yè)部門行星系列新品種 WGN 定軸傳動減速器、 WN 子母齒輪傳動減速器 、彈性均載少齒差減速器。 所示。 24 圖 3–錯誤 !未找到引用源。水平及垂直轉(zhuǎn)動的角度大小可通過限位開關(guān)進行調(diào)整。水平及垂直轉(zhuǎn)動的角度大小可通過限位開關(guān)進行調(diào)整。同時也便于安裝和維護，具 有外形美觀、輕巧靈便、操作簡單等優(yōu)點。雨刷設(shè)計，解決灰塵、風沙、雨水難題。低速運行平穩(wěn)、超低噪聲、畫面無抖動。 0. 1176。通過云臺設(shè)置，云臺可以在任意兩點間掃描，描速度連續(xù)可調(diào)。 所示。規(guī)劃控制器作為機器人本體系統(tǒng)的主控制器，通過總線與多通道串口卡及多軸運動控制器連接，主要功能是初始化多軸運動控制器，并將軌跡規(guī)劃的結(jié)果發(fā)送到多軸運動控制器用于軌跡跟蹤控制。 ，電流環(huán)主要實現(xiàn)電流控制和功率放大，速度環(huán)采用 PI 控制器，提高抗負載擾動能力，抑制速度波動，位置環(huán)用于保證動態(tài)跟蹤性能和穩(wěn)態(tài)跟蹤精度。 PMAC運動控制卡 PMAC2APC/104 8 軸控制卡具有以下功能： 標準 40MHz DSP 主時鐘，可選 60/80MHz， PC104 總線； 帶有 Flash Memory 存儲運動程序等； 標配 4/8 路 PWM 數(shù)字量輸出，可變?yōu)?pulse+dir 數(shù)字量信號或 DAC177。為了達到最優(yōu)的控制效果，可以采用位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)（力矩環(huán)）三閉環(huán)控制策略，三閉環(huán)在交流電機伺服控制器和 PMAC 控制卡中的分配根據(jù)控制要求而定。 27 機器人主控軟件數(shù) 學 運 算 庫（ 數(shù) 列 、 矩 陣 、 四 元 數(shù) 等 ）機 器 人 語 言 庫（ 語 法 檢 查 、 指 令 語 言 解 釋 器 ）機 器 人 庫（ 運 動 學 、 動 力 學 等 ）軌 跡 規(guī) 劃 庫（ 關(guān) 節(jié) 空 間 、 笛 卡 爾 空 間 ）運 動 控 制 庫（ 伺 服 控 制 、 智 能 控 制 等 ）網(wǎng) 絡(luò) 通 訊 庫（ 客 戶 端 、 外 圍 設(shè) 備 等 ）文 件 管 理 器（ 系 統(tǒng) 參 數(shù) 、 軌 跡 文 件 等 ）系 統(tǒng) 診 斷 及 故 障 處 理 庫（ 系 統(tǒng) 檢 查 、 故 障 處 理 等 ） 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 控制箱設(shè)計效果圖 28 考慮到其特殊的應(yīng)用場合和結(jié)構(gòu)特點，其外形為鋁合金，表面經(jīng)噴砂氧化處理，不僅增加了表面抗氧化性，還增加了使用者觸摸時的手感?？刂葡溆袃蓚€控制手柄，分別內(nèi)置在控制箱下箱體的左右兩邊，由于手柄為全方位手柄，手柄的四周留有一定的間隙。主監(jiān)控界面和副顯示界面，主顯示界面中涵蓋了云臺視頻監(jiān)控界 面、機器人本體驅(qū)動電機監(jiān)控界面、車載電源和控制箱電源監(jiān)控界面、電子羅盤監(jiān)控界面、障礙物信息監(jiān)控界面以及車燈啟閉監(jiān)控界面。 遠程交互平臺硬件設(shè)計 遠程交互平臺實現(xiàn)機器人本體的遠程控制、機器人本體狀態(tài)參數(shù)的顯示以及視頻圖像的顯示等，是實現(xiàn)人機交互的重要裝備。該部分硬件構(gòu)架原理如 圖 3–錯誤 !未找到 引用源。輔助控制器由于是控制箱的精簡版本，所以只有電源單元、信號處理核心單元、無線數(shù)傳單元和控制終端幾個基 本部分。 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 鋰電池 24V 電源受控于電源繼電器，如并通過大功率 DCDC 模塊將浮動的電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的 12V 電源分配給各個功能單元，如 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 12345K1RelayD4BAT+24V12JPOPENHeader 2BAT+12JPLEDHeader 25VGND24V12V60W DCDC24V IN1GND IN2GND OUT312V OUT4DCD