【文章內(nèi)容簡介】 角位移、角速度等。利用CAT/ADAMS模塊將虛擬樣機導(dǎo)入到ADAMS軟件中，基于ADAMS建立了運動學(xué)仿真模型，對巡線機器人進(jìn)行了運動仿真，得到了仿真曲線。驗證了巡線機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計和路徑規(guī)劃的合理性和正確性，為機器人的后續(xù)研究打下了堅實的基礎(chǔ)。第二章 巡線機器人本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計與三維模型的建立由于機器人本體結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，為了快速準(zhǔn)確地建立其模型，并方便日后的修改和計算，利用代表目前機械CAD領(lǐng)域新標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)化設(shè)計軟件CATIA來建立機器人本體結(jié)構(gòu)模型，基于CATIA軟件對機器人本體結(jié)構(gòu)的主要零部件進(jìn)行了準(zhǔn)確的創(chuàng)建。167。要求研制一臺針對500kv電壓等級高壓架空輸電線路(其中：避雷線規(guī)格為LGJ500/4懸垂線夾規(guī)格為CGF6X、防振錘規(guī)格為FD6)，具有自主越障能力和爬坡能力的巡線機器人。機器人在分布式計算機控制系統(tǒng)的控制下，能夠以一定的速度沿架空線路運動，并能跨越防振錘、耐張線夾、懸垂線夾、跳線等障礙，具有自動剎車自保功能，以避免從高空摔落。 所以，本文中巡線機器人的工作原理和過程為：1)機器人上線；2)機器人本體計算機在接收到運行命令后，驅(qū)動機器人沿避雷線行走；3)巡線機器人通過滾輪完成沿避雷線無障礙段的行進(jìn)。行進(jìn)過程中檢測裝置不斷檢測前方障礙物的情況，同時攝像機對線路和機器人本身的工作狀態(tài)進(jìn)行拍攝，拍到的圖像通過無線設(shè)備實時傳輸?shù)降孛婀ぷ骰?，決定是否對線路進(jìn)行維護(hù)；同時對機器人本身的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，決定是否對機器人的運動給予干預(yù)；4)機器人檢測到前方有防振錘時，由于手掌采用中空設(shè)計，因此機器人無需做任何調(diào)整，即可直接爬越；5)當(dāng)安裝在機械手前端的接近覺傳感器檢測到懸垂線夾時，機器人控制肘關(guān)節(jié)電機旋轉(zhuǎn)，使末端執(zhí)行器上移，直至驅(qū)動輪離開避雷線，然后手掌電機驅(qū)動手掌張開；其開合度要大于障礙寬度；之后，后面兩只手驅(qū)動電機繼續(xù)行走，當(dāng)中間手接近懸垂線夾時，前臂回落，同時手掌合攏，直至掛線；然后中間手電機驅(qū)動齒輪齒條機構(gòu)使中間手上移，然后手掌張開，接通前后兩手的驅(qū)動電機，繼續(xù)行走。當(dāng)后手接近懸垂線夾時，控制中間手回落，手掌合攏，直至驅(qū)動輪掛線；之后，后肘關(guān)節(jié)電機驅(qū)動后小臂選轉(zhuǎn)，手掌張開，前兩驅(qū)動輪繼續(xù)行走；當(dāng)后手跨越線夾后，手掌閉合回落，機器人完成跨越懸垂線夾的任務(wù)，繼續(xù)行進(jìn)；6)當(dāng)機器人跨越跳線時，手的脫線和抱線方法與跨越懸垂線夾時相同；首先前手脫線，通過前端視覺傳感器，可檢測到避雷線與跳線角度，這時大臂電機按此角度旋轉(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，啟動前后手的驅(qū)動電機使機器人行走。中間手接近跳線時停止行走，調(diào)整前后柔性臂，使中間手抓住跳線，啟動行走。當(dāng)后手接近跳線時，停止行走，后手脫線；用前手和中間手驅(qū)動機器人繼續(xù)行走，越過跳線線夾后，停止行走，調(diào)整柔性臂，使后手抓住跳線，完成從直線到跳線的跨越；機器人由跳線到直線的跨越方法與上述過程相同，由于是一個上坡過程，為了使機器人不至于滑下來，需使用剎車裝置；7)檢測到轉(zhuǎn)彎跳線時，運動過程與跨越直線跳線不同的地方是柔性臂的姿態(tài)除了上下調(diào)整外，還需要水平調(diào)整，其余完全相同；8)當(dāng)線路坡度較大、驅(qū)動輪摩擦驅(qū)動無法實現(xiàn)機器人行進(jìn)時，直接表現(xiàn)為驅(qū)動輪打滑，此時機器人三個制動器立即抓線，并與絲杠螺旋副組成蠕動爬行機構(gòu)，進(jìn)行蠕動行進(jìn)。本課題對巡線機器人的主要技術(shù)指標(biāo)和要求是：1)具有自主越障能力；2)具有一定爬坡能力；3)單機重量：小于100千克；考慮到輸電線路具有防振錘、耐張線夾、懸垂線夾、跳線和轉(zhuǎn)彎等各種障礙、并具有一定坡度。為了達(dá)到上述要求，巡線機器人的機械手必須動作靈活，工作范圍大，能完成規(guī)定的動作，應(yīng)有自由度45個，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕。我們摒棄機器人常規(guī)結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計出了適用于500kv輸電線路的自動巡線機器人。主要由五大部分組成：驅(qū)動裝置、剎車制動裝置、手掌開合裝置、柔性臂、電源箱和控制箱。機械手的手臂是執(zhí)行機構(gòu)中的主要運動部件，它用來支承腕關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器，并使它們能在空間運動。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自由度，少數(shù)專用的工業(yè)機器人手臂自由度少于三個。手臂的結(jié)構(gòu)形式有多種，.本課題要求機器人手臂能達(dá)到工作空間的任意位置，同時要結(jié)構(gòu)簡單，容易控制。由于在同樣的體積條件下，關(guān)節(jié)型機器人比非關(guān)節(jié)型機器人有大得多的相對空間(手腕可達(dá)到的最大空間體積與機器人本體外殼體積之比)和絕對工作空間，結(jié)構(gòu)緊湊，同時關(guān)節(jié)型機器人的動作和軌跡更靈活，因此該機器人采用關(guān)節(jié)型機器人的結(jié)構(gòu)。手腕的構(gòu)形也有多種形式。三自由度的手腕通常有以下四種形式：BBR型、BRR型、RBR型和RRR型。B表示彎曲結(jié)構(gòu)，表明組成腕關(guān)節(jié)的相鄰運動構(gòu)件的軸線在工作過程中相互間角度有變化。R表示轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)，表明組成腕關(guān)節(jié)的相鄰運動構(gòu)件的軸線在工作過程中相互間角度不變。BBR結(jié)構(gòu)由于采用了兩個彎曲結(jié)構(gòu)使結(jié)構(gòu)尺寸增加了，而RBR與前者相比結(jié)構(gòu)緊湊。由于機械手的運動軌跡要求機械手端面平行于避雷線，這樣用兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)就可以使機械手的姿態(tài)滿足要求，且機械結(jié)構(gòu)更加簡單，減輕了重量。綜合考慮后確定該機械手具有四個自由度，其中手臂兩個自由度確定機械手的位置，后兩個自由度確定手的姿態(tài)。綜上所述，柔性臂由機座、肩關(guān)節(jié)、大臂、肘關(guān)節(jié)、小臂、腕關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行器組成。共有四個自由度，依次為大臂回轉(zhuǎn)、小臂俯仰、手腕俯仰、手腕回轉(zhuǎn)。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)盤組成。電機通過精密渦輪蝸桿減速器帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)手臂水平方向和豎直方向的自如運動。通過控制電機的制動裝置，還能夠?qū)崿F(xiàn)手臂剛性與柔性的平滑轉(zhuǎn)換，使機器人適應(yīng)跨越轉(zhuǎn)彎、跳線時位置和姿態(tài)的要求。通過工作情況的需要，定出該巡線機器人的機械手運動參數(shù)如下：大臂長：250mm 手腕長：72mm小臂長：400mm 末端執(zhí)行器長：344mm各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動范圍：關(guān)節(jié)1：177。90176。 關(guān)節(jié)2：177。90176。關(guān)節(jié)3：177。90176。 關(guān)節(jié)4：177。90176。機器人驅(qū)動裝置是帶動各個關(guān)節(jié)到達(dá)指定位置的動力源。通常動力是直接或經(jīng)電纜、齒輪箱或其他方法送至各個關(guān)節(jié)。目前使用的主要有三種驅(qū)動方式：液壓驅(qū)動、氣動驅(qū)動和電機驅(qū)動。液壓驅(qū)動以高壓油作為工作介質(zhì)，可以實現(xiàn)直線運動或者是旋轉(zhuǎn)運動，驅(qū)動機構(gòu)可以是閉環(huán)或者是開環(huán)的。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是能得到較大的出力，工作壓力通常達(dá)14Mpa，但是液壓元件造價高昂，而且容易泄露污染環(huán)境，而且必須配備專用的液壓閥，儲油罐，體積龐大。氣動驅(qū)動的工作介質(zhì)是高壓空氣，氣動控制閥簡單、便宜、操作簡單、易于編程，可以完成大量的點位搬運操作任務(wù)，但是缺點是氣壓伺服難以實現(xiàn)高精度控制，只能用在滿足低精度的場合。故本機械手采用電機驅(qū)動。電機驅(qū)動方式具有結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、使用維修方便、不污染環(huán)境等優(yōu)點，這也是現(xiàn)代機器人應(yīng)用最多的驅(qū)動方式。電機可以選擇步進(jìn)電機或直流伺服電機。步進(jìn)電機驅(qū)動具有成本低，控制系統(tǒng)簡單的優(yōu)點，但是步進(jìn)電機驅(qū)動屬于開環(huán)控制，精度較低。而直流伺服電機能構(gòu)成閉環(huán)控制，精度高，額定轉(zhuǎn)速高。根據(jù)作業(yè)環(huán)境要求，本課題機器人行進(jìn)機構(gòu)采用輪式移動機構(gòu)與步進(jìn)式蠕動爬行機構(gòu)兩種方式。當(dāng)線路坡度較小、驅(qū)動輪摩擦驅(qū)動可實現(xiàn)機器人移動時，機器人采用輪式移動機構(gòu)；當(dāng)線路坡度較大、驅(qū)動輪摩擦驅(qū)動無法實現(xiàn)機器人行進(jìn)時，直接表現(xiàn)為驅(qū)動輪打滑，此時機器人三個制動器立即抓線，并與絲杠螺旋副組成蠕動爬行機構(gòu)，進(jìn)行蠕動行進(jìn)。輪式移動機構(gòu)驅(qū)動裝置由直流電機、傘齒輪減速器、傳動軸和驅(qū)動輪組成。驅(qū)動輪采用高強度輕型材料，以減輕驅(qū)動裝置重量；驅(qū)動輪外表面采用高強度耐磨材料，以增大驅(qū)動輪運動時與線路的摩擦因數(shù)，防止打滑。驅(qū)動輪支撐架(手掌)采用中空設(shè)計，使機器人遇到防振錘等障礙時，可直接越過，大大提高了機器人巡線速度。步進(jìn)式蠕動爬行機構(gòu)驅(qū)動裝置由直流電機、傘齒輪減速器、傳動軸、滾珠絲杠、螺母和直線導(dǎo)軌組成。滾珠絲杠的摩擦力很小且運動響應(yīng)速度快。由于滾珠絲杠在絲杠螺母的螺旋槽里放置了許多滾珠，傳動過程中所受的摩擦力是滾動摩擦，可極大地減小摩擦力，因此傳動效率高，可以達(dá)到90%，只需要使用極小的驅(qū)動力就能夠傳遞運動。為了保證機器人在停止?fàn)顟B(tài)、有一只手打開或出現(xiàn)故障情況下不脫線和下滑，設(shè)計了剎車裝置。它由活動制動爪、固定制動爪、銷軸、彈簧、彈簧上底座、彈簧下底座和彈簧導(dǎo)向軸組成。手掌開合裝置由渦輪蝸桿機構(gòu)和平行四桿機構(gòu)組成。在蝸桿驅(qū)動下帶動支架開合。其中：驅(qū)動輪固定在右側(cè)支架上，制動機構(gòu)固定在左側(cè)支架上。167。動力學(xué)分析要求獲得機器人各個零部件的質(zhì)量參數(shù)、慣性參數(shù)、質(zhì)心坐標(biāo)等參數(shù)，而三維實體建模并不是ADAMS的強項，故選擇在CATIA環(huán)境下建立所有機器人的零部件模型及完成巡線機器人虛擬樣機的裝配；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/力矩和運動激勵；最后對機械系統(tǒng)進(jìn)行交互式的仿真分析，在系統(tǒng)水平上真實地預(yù)測機械結(jié)構(gòu)的工作性能，實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計，得到合理動作規(guī)劃。，從圖中可以確