【正文】 各種狀態(tài)的仿真分析，降低物理樣機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)。巡線機(jī)器人懸掛于架空避雷線上，并以此為行駛作業(yè)路徑，通過(guò)自動(dòng)控制方式完成輸電線路巡檢作業(yè)，及對(duì)線路的機(jī)械電氣故障，包括絕緣子劣化和污穢、導(dǎo)線的機(jī)械破損、連接金具機(jī)械松脫等故障進(jìn)行檢測(cè)。目前，對(duì)輸電線路的巡檢主要采用兩種方法，即地面人工目測(cè)法和直升飛機(jī)航測(cè)法。............................................22.........................................................................22.........................................................................24.............................................................27167。 目 錄第一章 緒論................................................................................................1167。........................................................................................18............................................................18........................................................20167。所以，必須對(duì)輸電線路進(jìn)行定期巡視檢查，隨時(shí)掌握和了解輸電線路的運(yùn)行情況以及線路周?chē)h(huán)境和線路保護(hù)區(qū)的變化情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除隱患，預(yù)防事故的發(fā)生，確保供電安全。巡線機(jī)器人不僅可以減輕工人巡線的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低高壓輸電的運(yùn)行維護(hù)成本，還可以提高巡檢作業(yè)的質(zhì)量和科學(xué)管理技術(shù)水平，對(duì)于增強(qiáng)電力生產(chǎn)自動(dòng)化綜合能力，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都具有重要意義。而且，仿真軟件的應(yīng)用可以使設(shè)計(jì)更為優(yōu)化，即在計(jì)算機(jī)上修改設(shè)計(jì)缺陷，仿真試驗(yàn)不同的設(shè)計(jì)方案，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)，直至獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。該機(jī)器人利用一對(duì)驅(qū)動(dòng)輪和一對(duì)夾持輪沿地線爬行，能跨越地線上防振錘、螺旋減震器等障礙物。它能沿架空導(dǎo)線長(zhǎng)距離爬行，執(zhí)行電暈損耗、絕緣子、結(jié)合點(diǎn)、壓接頭等視覺(jué)檢查任務(wù)，對(duì)探測(cè)到的線路故障數(shù)據(jù)預(yù)處理后，傳送給地面人員。綜合國(guó)內(nèi)外對(duì)于巡線機(jī)器人的研究情況，當(dāng)代巡線機(jī)器人的研究主要集中于以下幾個(gè)方面：(1)機(jī)器人結(jié)構(gòu)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)形式的選型和設(shè)計(jì)，是根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行的。而且，視覺(jué)信息處理的能力、處理速度、處理的可靠性和準(zhǔn)確性是決定智能機(jī)器人整體性能的決定性因素。具體來(lái)說(shuō)，就是熱成像技術(shù)，這是一種廣泛用于輸變電系統(tǒng)的故障探測(cè)技術(shù)，可以攝取表面溫度超過(guò)周?chē)h(huán)境溫度的異常溫升點(diǎn)的紅外光譜圖像，然后根據(jù)圖像，人工或自動(dòng)判讀可能的故障器件。研究對(duì)象可以是實(shí)際的系統(tǒng)，也可以是設(shè)想中的系統(tǒng)，是將研究對(duì)象進(jìn)行數(shù)學(xué)描述、建模編程，且在計(jì)算機(jī)中允許實(shí)現(xiàn)。1978年，西德Warcoke等人開(kāi)發(fā)了機(jī)器人圖形仿真程序包IPA，該軟件包含一個(gè)200種機(jī)器人的數(shù)據(jù)庫(kù)。劉又午教授等人以底座、大臂、小臂和3個(gè)腕關(guān)節(jié)構(gòu)成的、且每個(gè)關(guān)節(jié)皆為圓柱鉸接的典型6自由度工業(yè)機(jī)器人為模型，對(duì)通用程序進(jìn)行了簡(jiǎn)化，開(kāi)發(fā)出工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析專(zhuān)用程序。利用CAT/ADAMS模塊將虛擬樣機(jī)導(dǎo)入到ADAMS軟件中，基于ADAMS建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型，對(duì)巡線機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，得到了仿真曲線。當(dāng)后手接近懸垂線夾時(shí)，控制中間手回落，手掌合攏，直至驅(qū)動(dòng)輪掛線；之后，后肘關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)后小臂選轉(zhuǎn)，手掌張開(kāi)，前兩驅(qū)動(dòng)輪繼續(xù)行走；當(dāng)后手跨越線夾后，手掌閉合回落，機(jī)器人完成跨越懸垂線夾的任務(wù)，繼續(xù)行進(jìn)；6)當(dāng)機(jī)器人跨越跳線時(shí)，手的脫線和抱線方法與跨越懸垂線夾時(shí)相同；首先前手脫線，通過(guò)前端視覺(jué)傳感器，可檢測(cè)到避雷線與跳線角度，這時(shí)大臂電機(jī)按此角度旋轉(zhuǎn)，使末端執(zhí)行器位于跳線下方，前手抓住跳線，然后中間手脫線，啟動(dòng)前后手的驅(qū)動(dòng)電機(jī)使機(jī)器人行走。為了使手部能達(dá)到工作空間的任意位置，手臂一般至少有三個(gè)自由度，少數(shù)專(zhuān)用的工業(yè)機(jī)器人手臂自由度少于三個(gè)。由于機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡要求機(jī)械手端面平行于避雷線，這樣用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)就可以使機(jī)械手的姿態(tài)滿足要求，且機(jī)械結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，減輕了重量。90176。通常動(dòng)力是直接或經(jīng)電纜、齒輪箱或其他方法送至各個(gè)關(guān)節(jié)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有成本低，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)屬于開(kāi)環(huán)控制，精度較低。滾珠絲杠的摩擦力很小且運(yùn)動(dòng)響應(yīng)速度快。動(dòng)力學(xué)分析要求獲得機(jī)器人各個(gè)零部件的質(zhì)量參數(shù)、慣性參數(shù)、質(zhì)心坐標(biāo)等參數(shù)，而三維實(shí)體建模并不是ADAMS的強(qiáng)項(xiàng)，故選擇在CATIA環(huán)境下建立所有機(jī)器人的零部件模型及完成巡線機(jī)器人虛擬樣機(jī)的裝配；然后將所建模型以cmd格式導(dǎo)入至ADAMS環(huán)境中，在模型上施加約束、力/力矩和運(yùn)動(dòng)激勵(lì)；最后對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行交互式的仿真分析，在系統(tǒng)水平上真實(shí)地預(yù)測(cè)機(jī)械結(jié)構(gòu)的工作性能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)，得到合理動(dòng)作規(guī)劃。要建立機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，首先要對(duì)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析。只要這個(gè)坐標(biāo)系可以在空間表示出來(lái)，那么這個(gè)物體相對(duì)于固定的參考坐標(biāo)系的位姿也就已知了。例如，其中Rot (x,θ)表示運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系繞參考坐標(biāo)系的x軸旋轉(zhuǎn)θ的變換矩陣。為此，需要給每個(gè)關(guān)節(jié)指定一個(gè)參考坐標(biāo)系，然后，確定從一個(gè)關(guān)節(jié)到下一個(gè)關(guān)節(jié)(一個(gè)坐標(biāo)系到下一個(gè)坐標(biāo)系)來(lái)進(jìn)行變換的步驟。如果是滑動(dòng)關(guān)節(jié)，z軸為沿直線運(yùn)動(dòng)的方向，坐標(biāo)軸是沿著i+1關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軸。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，盡管通過(guò)關(guān)節(jié)i+1的軸線，但坐標(biāo)系固定在連桿i上，隨連桿i運(yùn)動(dòng)而一起運(yùn)動(dòng)。167。然后將依次相乘，得到，為機(jī)器人的基座坐標(biāo)系和手端面坐標(biāo)系(或手坐標(biāo)系)之間總變換。因此可以通過(guò)簡(jiǎn)單的幾何關(guān)系推導(dǎo)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解。即機(jī)械手的逆解。求逆雅可比矩陣有兩種方法，兩者都十分困難，它們不僅計(jì)算量大而且費(fèi)時(shí)。為下面的仿真分析提供了理論基礎(chǔ)，也為今后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近巡線機(jī)器人機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型奠定了基礎(chǔ)。驗(yàn)證了巡線機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的合理性和正確性，為機(jī)器人的后續(xù)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。4)在確定了一些關(guān)鍵的參數(shù)取值后，可以在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上，建立巡線機(jī)器人的全參數(shù)模型，引入相關(guān)設(shè)計(jì)變量，對(duì)關(guān)鍵部分的機(jī)構(gòu)或驅(qū)動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)試驗(yàn)，獲得巡線機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，為今后將巡線機(jī)器人在高壓導(dǎo)線的巡檢工作中擁有更好，更廣泛的應(yīng)用前景做鋪墊。最后，要感謝家人和親友。在本文完成之際，對(duì)導(dǎo)師的細(xì)心關(guān)懷和培養(yǎng)表示衷心的感謝！特別感謝許金凱老師，抽出了大量的寶貴時(shí)間對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行解說(shuō)和指導(dǎo)。目前還可以在以下方面展開(kāi)進(jìn)一步的探索和深入：1)巡線機(jī)器人以高壓輸電線路的全程為作業(yè)路徑，這一柔性環(huán)境與機(jī)器人多剛體系統(tǒng)間的耦合勢(shì)必對(duì)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性造成極大影響，故應(yīng)當(dāng)考慮導(dǎo)線的柔性。提出了本課題巡線機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。一種替代的方法是，用逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程來(lái)計(jì)算關(guān)節(jié)的速度?？梢詫⑾鄬?duì)于最后一個(gè)坐標(biāo)系的速度方程寫(xiě)為： （）其中為相對(duì)于手坐標(biāo)系的微分運(yùn)動(dòng)，為相對(duì)于手坐標(biāo)系{6}(對(duì)于6自由度機(jī)械手)的雅可比矩陣的逆矩陣，為機(jī)械手此時(shí)各關(guān)節(jié)的微分運(yùn)動(dòng)。因此不能再通過(guò)式()求解。 的運(yùn)動(dòng)方程中有很多角度的耦合，比如： 、這就使得無(wú)法從矩陣中提取足夠的元素來(lái)求解單個(gè)的正弦和余弦項(xiàng)以計(jì)算角度。事實(shí)上，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程更為重要，機(jī)械手控制器將用這些方程來(lái)計(jì)算關(guān)節(jié)值，并以此來(lái)運(yùn)行機(jī)械手到達(dá)期望的位姿。，使得軸與軸對(duì)準(zhǔn)。（5）兩公垂線和之間的距離稱(chēng)為連桿距離。在這些關(guān)節(jié)的前后可能還有其他關(guān)節(jié)。 DenavitHartenberg(DH)模型表示了對(duì)機(jī)器人連桿和關(guān)節(jié)進(jìn)行建模的一種非常簡(jiǎn)單的方法，可用于任何機(jī)器人構(gòu)型，不論機(jī)器人的結(jié)構(gòu)順序和復(fù)雜程度如何，并且在DH模型的基礎(chǔ)上，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了許多技術(shù)，例如雅可比矩陣的計(jì)算和力分析等。并且齊次矩陣的逆矩陣為： （） 如果剛體保持現(xiàn)有的姿態(tài)不變，只是在參考坐標(biāo)中的位置發(fā)生改變，那么相對(duì)于固定參考坐標(biāo)系的新坐標(biāo)系的位置可以用原來(lái)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的原點(diǎn)位置向量加上表示位移的向量求得。空間點(diǎn)p可以用它的相對(duì)于參考坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)來(lái)表示: 其中是參考坐標(biāo)系中表示該點(diǎn)的坐標(biāo)。本章首先分析了四自由度機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，建立了機(jī)械手正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)所需的關(guān)節(jié)變量，用DH法建立了四自由度機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。手掌開(kāi)合裝置由渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)和平行四桿機(jī)構(gòu)組成。輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置由直流電機(jī)、傘齒輪減速器、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)輪組成。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的工作介質(zhì)是高壓空氣，氣動(dòng)控制閥簡(jiǎn)單、便宜、操作簡(jiǎn)單、易于編程，可以完成大量的點(diǎn)位搬運(yùn)操作任務(wù)，但是缺點(diǎn)是氣壓伺服難以實(shí)現(xiàn)高精度控制，只能用在滿足低精度的場(chǎng)合。90176。肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)均由精密渦輪蝸桿減速器和轉(zhuǎn)盤(pán)組成。三自由度的手腕通常有以下四種形式：BBR型、B