【正文】 包括： a. 總體方案及子系統(tǒng)（機(jī)器人本體子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程交互平臺(tái)子系統(tǒng)、附屬設(shè)備）設(shè)計(jì)與論證； b. 巡線機(jī)器人零部件采購(gòu)、加工、裝配； c. 巡線機(jī)器人調(diào)試及初步試驗(yàn)驗(yàn)證； 35 d. 巡線機(jī)器人與附屬設(shè)備聯(lián)調(diào)及試驗(yàn)驗(yàn)證； 巡線機(jī)器人項(xiàng)目整體劃分為兩個(gè)階段，共 6 個(gè)月時(shí)間。 狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)控 遠(yuǎn)程交互平臺(tái)人機(jī)交互界面具有完善的數(shù)據(jù)監(jiān)控及顯示功能，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)器人本體及控制箱的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)。 遠(yuǎn)程控制箱效果圖 主屏幕采用 15 寸液晶顯示器，分辨率 1280 768，主要用于顯示視頻圖像、紅外無(wú)損檢測(cè)等常用信息。 遠(yuǎn)程交互平臺(tái)控制程序采用 Visual Studio 2020 開(kāi)關(guān)環(huán)境下的 C程序開(kāi)發(fā)。 根據(jù)控制需求，主控板共需采集 10 路模擬量信號(hào)，控制器上集成的 ADC 共可以同時(shí)采集 16 路外部模擬信號(hào)， 10 路模擬信號(hào)分別連接到 ADC 對(duì)應(yīng)的不同通道上；模數(shù)轉(zhuǎn)換器特性、轉(zhuǎn)換過(guò)程、電流信號(hào)與電流信號(hào)的調(diào)理過(guò)程與 AD 轉(zhuǎn) 換和信號(hào)調(diào)理過(guò)程完全相同，與在此不再贅述。 3D 搖桿可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)控制，前后左右和旋轉(zhuǎn)，它由三個(gè)高精度電位器組 成，搖桿在某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)方向的電位器阻值發(fā)生改變，主控單元通過(guò)監(jiān)測(cè)該阻值大小即可得出搖桿某一方向的轉(zhuǎn)動(dòng)量；與 3D 搖桿類(lèi)似，滑桿本質(zhì)上是一個(gè)滑動(dòng)變阻器，其檢測(cè)原理與搖桿完全一樣。供電原理圖如 圖 3–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 FB4ON/OFF5GND3IN1OUT2U1220uF50vC3D5SR31033uHL1330uF25vC55VC21KR1D3SMDJ36ASMBD1SR310C6GNDGND12V 圖 3–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 所示。 電源單元 電源單元為控制箱和輔助控制器提供電源，作為移動(dòng)設(shè)備，系統(tǒng)選用鋰電池作為電源。該遠(yuǎn)程交互 平臺(tái)包括遠(yuǎn)程控制箱（以下均成為控制箱）和輔助控制器，二者功能基本相同，只是后者只有控制功能，而沒(méi)有顯示功能，所以它只適合機(jī)器人本體可視情況下的近程控制，但與功能比較齊全的遠(yuǎn)程控制相比，該輔助控制器具有小巧、靈活和重量輕等特點(diǎn)，二者相比各具有優(yōu)缺點(diǎn)。 7 個(gè)金屬按鈕按功能不同布置在控制箱下箱體表面，且按鈕全部?jī)?nèi)置，沒(méi)有凸起，按鍵內(nèi)置發(fā)光二極管，打開(kāi)控制箱時(shí)，二極管發(fā)光，按鈕發(fā)亮，方便夜間操作。 機(jī)器人本體主控軟件模塊構(gòu)成 遠(yuǎn)程交互平臺(tái) 遠(yuǎn)程交互平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 控制箱箱體設(shè)計(jì) 控制箱箱體采用了軍用產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，并增加了人機(jī)工 程學(xué)原理，其設(shè)計(jì)效果如 圖 3–錯(cuò)誤 !未找到引用源。10V 模擬量輸出，分辨率 為 12 位； 4/8 路 A/B 正交編碼器 反饋； 標(biāo)配 RS232 串口，可選 USB 或網(wǎng)卡通訊； 可選 DPRAM 雙端口 RAM 提高與 PC 機(jī)的通訊速度； 在板帶有 JOPT（ 8in/8out）和 JTHW（ 8in/8out）通用 I/O 接口； 每周都配有專(zhuān)用 LIMIT（限位）， HOME（回零）， FAULT（伺服報(bào)警）， USER（用戶(hù)自定義）和 AENA（伺服使能）輸入輸出信號(hào)； 可選在板 2 路 A/D 輸入信號(hào)，為 12 位，具有在板手輪通道。 25 云 臺(tái)攝 像 機(jī)數(shù) 字 傳 感 器附 件 控 制 器攝 像 機(jī) 切 換模 擬 傳 感 器I O 擴(kuò) 展 模 塊 機(jī) 器 人 計(jì) 算 機(jī) 數(shù) 傳 電 臺(tái)P M A C 運(yùn) 動(dòng) 卡行 走 電 機(jī)平 移 電 機(jī)P A M C 運(yùn) 動(dòng) 卡伸 縮 電 機(jī)抓 手 電 機(jī)紅 外 熱波 檢 測(cè) 圖 3–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 8 組可編程巡視軌跡，每組巡視軌跡最多可聯(lián)動(dòng) 16 個(gè)預(yù)置位。水平運(yùn)行監(jiān)視范圍遠(yuǎn)，垂直運(yùn)行監(jiān)視范圍廣，水平 360176。徹底解決起霧、圖像反光、實(shí)際距離達(dá)不到、溫度過(guò)高等一系列問(wèn)題。又分為室內(nèi)用云臺(tái)及室外用云臺(tái)。 圖 3–錯(cuò)誤 !未找到引用源。兼具功率分流、多齒嚙合獨(dú)用的特性。 無(wú)刷直流電氣驅(qū)動(dòng)器 空心杯電機(jī)屬于直流、永磁、伺服微特電機(jī)。這樣的設(shè)計(jì)使得電氣部件，尤其是電機(jī)的安裝位置十分狹小。爪組機(jī)構(gòu)主要用來(lái)越障，也可以在惡劣環(huán)境下用固線夾對(duì)機(jī)器人進(jìn)行固定，以保護(hù)機(jī)器人。巡線機(jī)器人控制系統(tǒng)框圖如下所示： 圖 3–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 機(jī)器人本體 遠(yuǎn)程交互平臺(tái) 16 人機(jī)交互功能：人機(jī)交互功能是巡線機(jī)器人系統(tǒng)的一項(xiàng)基本功能。 15 3 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和實(shí)施方案 總體方案 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案 根據(jù)需要，設(shè)計(jì) 了一款應(yīng)用于 500KV 輸電線路的輪爪式巡線機(jī)器人，該機(jī)構(gòu)具有較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力和越障能力，交替式行走結(jié)構(gòu)不僅可以翻越垂直放置的絕緣子，也可以在水平布置的絕緣子上面運(yùn)動(dòng)。 圖 2–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 地線傾角范圍 8176。的線纜，電池續(xù)航能力為 4 小時(shí)； 2) 機(jī)器人能夠翻越 OGWs 上的防震錘，如 圖 2–錯(cuò)誤 !未找到引用源。一種兩輪雙臂的巡檢機(jī)器人。但在實(shí)際環(huán)境中，電纜線上有不同的障礙物需要跨越。兩滑輪通過(guò)一根水平基座桿相連，連接部分能繞豎直軸旋轉(zhuǎn)。 所示； 4) Expliner 能在單根 Loading Pipe 上移動(dòng)并爬上電纜線。 7 圖 2–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ARM1， 2 驅(qū)動(dòng)爪臂來(lái)控制手爪的開(kāi)閉。 CCD 相機(jī)視角（左）與紅外探傷（右） 圖 2–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 所示。利用機(jī)器人帶電巡檢和維護(hù)超高壓輸電網(wǎng) 絡(luò)，不但可以減輕工人千里巡線和帶電作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且對(duì)提高電網(wǎng)自動(dòng)化水平、保障電網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要意義。 1 附件 2： 國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目 實(shí)施方案 項(xiàng)目名稱(chēng)： 申請(qǐng)單位： 起止時(shí)間： 年 月 至 年 月 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人： 通信地址： 郵政編碼： 聯(lián)系電話(huà)： 傳 真： 申請(qǐng)日期： 年 月 2 1 目的和意義 采用高壓和超高壓架空電力線是長(zhǎng)距離輸配電力的主要方式，高壓和超高壓線路的安全運(yùn)行是遠(yuǎn)距離輸電的保障。在機(jī)器人研究領(lǐng)域中，電力機(jī)器人屬于典型的特種機(jī)器人，其研究應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，在國(guó)際你上形成了獨(dú)特的電力機(jī)器人應(yīng)用研究領(lǐng)域，特別是機(jī)器人技術(shù)在架空輸電線路巡檢、異物清除等方面的應(yīng)用研究更是電力機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 4 圖 2–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 緊固防震錘螺釘 5 圖 2–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 DPL 電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪臂的折疊與展開(kāi)。 Expliner 典型實(shí)驗(yàn) Explainer 能在不斷電的情況下，對(duì)高壓輸電線路進(jìn)行巡線檢查，從而起到預(yù)防性的維護(hù)作用。如 圖 2–錯(cuò)誤 !未找到引用源。滑輪下部有一個(gè) Safety Hook 保證機(jī)器人在大風(fēng)或者以外情況下不會(huì)墜落。 新一代 Expliner 的控制結(jié)構(gòu)較上一代有了很大的改善，主控芯片是 HiBot 公司生產(chǎn)的 HiBot SH2 Tiny Controller，如 圖 2–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 11 圖 2–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ； 3) 機(jī)器人能夠翻越 OGWs 上的懸垂線夾，此處給出典型的單懸垂線夾，如 圖 2–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 15176。 第一代（左）與第二代（右）機(jī)構(gòu)與配置簡(jiǎn)圖 14 新 一代機(jī)器人對(duì)夾持工具進(jìn)行了改進(jìn)，從以前的手爪夾持穩(wěn)定改成了現(xiàn)在的下部雙輪加緊穩(wěn)定。 巡線機(jī)器人項(xiàng)目從總體上分為兩大部分，包括機(jī)器人本體、遠(yuǎn)程交互平臺(tái)兩部分組成。在巡線過(guò)程中，有大量的信息需要實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)，同時(shí)也有許多控制命令要輸入到控制系統(tǒng)中。 巡線機(jī)器人控制系統(tǒng)框圖 機(jī)器人本體子系統(tǒng)技術(shù)路線 機(jī)械人本體結(jié)構(gòu)方案 如 圖 3–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 移動(dòng)副轉(zhuǎn) 動(dòng) 副固 線 夾 圖 3–錯(cuò)誤 !未找到引用源。為此我們選用質(zhì)量、體積相對(duì)較小，且又能提供驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、慣量要求的空心杯電機(jī)（一種特殊的無(wú)刷直流電機(jī)）?？招谋妱?dòng)機(jī)具有突出的節(jié)能特性、靈敏方便的控制特性和穩(wěn)定的運(yùn)行特性，作為高效率 的能量轉(zhuǎn)換裝置，代表了電動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向。是一種具有廣泛通用性的新型減速機(jī)。 紅外熱波無(wú)損檢測(cè)原理圖 圖 3–錯(cuò)誤 !未找到引用源。 云臺(tái)內(nèi)裝兩個(gè)電動(dòng)機(jī)。近景紅外燈自動(dòng)開(kāi)啟，遠(yuǎn)景激光光源與一體機(jī)智能同步變焦。無(wú)限位旋轉(zhuǎn)，仰視角度 180176。 RS485 串行控制，云臺(tái)地址 1～ 255。 機(jī)器人本體控制系統(tǒng)框圖 機(jī)器人各關(guān)節(jié)伺服控制的核心是無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和 PMAC 多 軸運(yùn)動(dòng)控制器．無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的電流控制和速度控制， PMAC 運(yùn)動(dòng)控制器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的位置控制。 此外，還有和 PMAC 配套使用的附件，如 ACC34AA32in/32/out I/O 光電隔離板 ，A/D， D/A 板等。 所示。 控制箱實(shí)打開(kāi)控制箱，上側(cè)為主監(jiān)控界面，下側(cè)為副監(jiān)控界面，副控制界面兩側(cè)為操作搖桿和操作按鈕，下側(cè)為金屬鍵盤(pán)。 圖 3–錯(cuò)誤 !未找到引用源。考慮到功率和電源尺寸大小，電池箱采用高性能 24V8AH 大容量磷酸鐵鋰電池；電池盒采用 12V5AH 大容量鋰聚合物電池，如 圖 3–錯(cuò)誤 !未找到引用源。各個(gè)功能單元再將 12V 電源通過(guò)電源芯片轉(zhuǎn)為各個(gè)電壓等級(jí)的電壓。 LM2596電壓轉(zhuǎn)換電路 LM2596 是一款降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出 3A 的驅(qū)動(dòng)電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。 所示。 USB 鍵盤(pán)通過(guò) USB 接口直接插接在工控機(jī)上，由工控機(jī)讀取鍵值。數(shù)字量采集實(shí)質(zhì)上是對(duì)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的采集，控制器通過(guò)讀取對(duì)應(yīng)IO 端口電平狀態(tài)高低即可判斷按鍵狀態(tài)。 C是微軟公司為 Visual Studio