【正文】 人承載平臺(tái)和導(dǎo)航模塊，地面控制系統(tǒng)包括監(jiān)控系統(tǒng)、圖像及數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)（基站部分）及監(jiān)視器。( 4) 從運(yùn)動(dòng)控制的角度要求機(jī)構(gòu)的自由度盡量少, 能實(shí)現(xiàn)解耦控制, 并且具有符合要求的控制精度。( 3) 從實(shí)用的角度要求機(jī)構(gòu)小巧、緊湊、輕質(zhì), 便于攜帶及上下線操作。巡線機(jī)器人對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求有: ( 1) 從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)角度要求機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)、蠕動(dòng)、跨越和避讓輸電線路上的各種障礙物, 并且末端執(zhí)行器能夠進(jìn)行空間位置姿態(tài)的靈活調(diào)整。 巡線機(jī)器人是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電一體化系統(tǒng), 涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)、自動(dòng)控制、通信、多傳感器信息融合、電源技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。 行走過(guò)程中, 檢測(cè)裝置不斷檢測(cè)前方障礙物的情況, 同時(shí)高速球攝像機(jī)對(duì)線路進(jìn)行拍攝, 拍到的圖像通過(guò)無(wú)線設(shè)備實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛婀ぷ骰? 地面工作基站對(duì)線路情況進(jìn)行判斷, 決定是否對(duì)線路實(shí)施維護(hù)。圖4 自動(dòng)爬行機(jī)器人從高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的研究現(xiàn)狀來(lái)看，輪式行走機(jī)構(gòu)倍受研究人員的青睞，但在爬坡能力、運(yùn)行的速度及運(yùn)行的穩(wěn)定性等方面還有待于進(jìn)一步完善。該機(jī)器人通過(guò)一對(duì)傘形輪來(lái)現(xiàn)行走。國(guó)內(nèi)在巡檢機(jī)器人的研究方面主要有武漢大學(xué)、沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、中科院自動(dòng)化研究所和山東科技大學(xué)等單位。日本Hideo Nakamura等人開(kāi)發(fā)的蛇形巡檢機(jī)器人如圖3所示。它靠上方三個(gè)輪子實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)行走，下方輪子起到輔助行走及剎車(chē)的作用。它采用兩輪同時(shí)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在線行走，這種機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊，驅(qū)動(dòng)力矩大的特點(diǎn)。輪式爬行行走機(jī)構(gòu)具有移動(dòng)平穩(wěn)、速度快和效率高的特點(diǎn)，因此，目前巡檢機(jī)器人多采用此種輪式行走機(jī)構(gòu)。步進(jìn)式行走機(jī)構(gòu)通過(guò)多只手臂的交替移動(dòng)完成在線爬行，行走移動(dòng)為間斷式，其移動(dòng)速度緩慢，效率低。二、 國(guó)內(nèi)外研究水平綜述國(guó)外對(duì)高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的研究始于上世紀(jì)80年代，由日本、美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家先后展開(kāi)了對(duì)高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的研究。國(guó)內(nèi)外目前見(jiàn)諸報(bào)道的輸電線路機(jī)器人，都是功能單一型機(jī)器人，要么只能巡線，要么只能除冰。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，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。項(xiàng)目名稱(chēng)：輸電線路智能巡線機(jī)器人申請(qǐng)單位：起止時(shí)間： 一、 目的和意義電能傳輸必須依靠高壓輸電線路。由于輸電線路分布點(diǎn)多面廣，所處地形復(fù)雜，自然環(huán)境惡劣，電力線及桿塔附件長(zhǎng)期暴露在野外，因受到持續(xù)的機(jī)械張力、電氣閃絡(luò)、材料老化的影響而產(chǎn)生斷股、磨損、腐蝕等損傷，必須及時(shí)修復(fù)或更換。傳統(tǒng)的人工巡檢方法不僅工作量大而且條件艱苦，特別是對(duì)山區(qū)和跨越大江大河的輸電線路的巡檢，存在很大的困難，甚至有一些巡檢項(xiàng)目靠常規(guī)方法難以完成，因此，利用機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)巡線成為保障線路安全運(yùn)行的一種必要手段。本方案提出一種以輕量級(jí)機(jī)器人底盤(pán)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)添加模塊化功能單元進(jìn)行功能/性能擴(kuò)充的機(jī)器人設(shè)計(jì)思路，不僅可實(shí)現(xiàn)目前輸電線路巡線、除冰的需求，而且系統(tǒng)具備極強(qiáng)的可升級(jí)性，適應(yīng)智能電網(wǎng)未來(lái)新需求。從國(guó)內(nèi)外巡檢機(jī)器人的發(fā)展來(lái)看，用于巡檢機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)主要有步進(jìn)式行走機(jī)構(gòu)和輪式行走機(jī)構(gòu)。輪式行走機(jī)構(gòu)依靠由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的行走輪與線路之間的摩擦，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人前進(jìn)。如：日本東京電力公司研制的光纖復(fù)合架空地線巡檢機(jī)器人如圖l所示。加拿大魁北克水電研究院研制的HQLine—Rover遙控小車(chē)如圖2所示。該機(jī)器人靠輪式行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了在直線線路段的穩(wěn)定行走。該機(jī)器人有多個(gè)小車(chē)組合連接而成，每個(gè)小車(chē)自身攜帶驅(qū)動(dòng)輪，通過(guò)各個(gè)小車(chē)協(xié)調(diào)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的在線移動(dòng)。如武漢大學(xué)研制的架空高壓輸電線路自動(dòng)爬行機(jī)器人如圖4所示。亦采用了輪式行走機(jī)構(gòu)。三、 項(xiàng)目的理論和實(shí)踐依據(jù)1. 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容的原理簡(jiǎn)述 機(jī)器人完成一次巡檢任務(wù)的工作過(guò)程為： 首先通過(guò)絕緣斗臂車(chē)或人工爬到線塔上吊裝的方式將機(jī)器人安裝到相線上； 然后地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出開(kāi)機(jī)控制命令, 機(jī)器人本體計(jì)算機(jī)在接收到運(yùn)行命令后，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人沿輸電線行走。 同時(shí)對(duì)機(jī)器人本身的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控, 決定是否對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)給予干預(yù)。但機(jī)械機(jī)構(gòu)是整個(gè)系統(tǒng)的核心技術(shù), 是目前制約巡線機(jī)器人走向?qū)嵱没恼系K之一。( 2) 從機(jī)器人系統(tǒng)的角度要求機(jī)構(gòu)要有一定的負(fù)載能力, 便于安裝各種監(jiān)測(cè)儀器、信息傳輸設(shè)備, 并與導(dǎo)線形成等電勢(shì)體。 在故障情況下, 防止機(jī)器人摔落。巡線機(jī)器人系統(tǒng)由巡檢機(jī)器人、塔上智能充電塢和地面控制系統(tǒng)組成。實(shí)現(xiàn)上述功能的巡線機(jī)器人需要解決的關(guān)鍵技術(shù)有：1) 線上行走/攀爬機(jī)構(gòu)完成機(jī)器人沿輸電線路行走/攀爬的功能，并能跨越防震錘等較小障礙物。3) 垂直起降/越障機(jī)構(gòu)采用創(chuàng)新的四旋翼機(jī)構(gòu)，解決了機(jī)器人上線、越障及自動(dòng)/人工控制充電等功能。5) 機(jī)器人供電系統(tǒng)負(fù)責(zé)為巡線機(jī)器人供電，采用2種創(chuàng)新技術(shù)解決。四、 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和實(shí)施方案1. 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容巡線機(jī)器人系統(tǒng)由巡檢機(jī)器人、塔上智能充電塢和地面控制系統(tǒng)組成。實(shí)現(xiàn)上述功能的巡線機(jī)器人需要解決的關(guān)鍵技術(shù)有：1) 線上行走/攀爬機(jī)構(gòu)完成機(jī)器人沿輸電線路行走/攀爬的功能，并能跨越防震錘等較小障礙物。3) 垂直起降/越障機(jī)構(gòu)采用創(chuàng)新的四旋翼機(jī)構(gòu)，解決了機(jī)器人上線、越障及自動(dòng)/人工控制充電等功能。5) 機(jī)器人供電系統(tǒng)負(fù)責(zé)為巡線機(jī)器人供電，采用2種創(chuàng)新技術(shù)解決。2. 技術(shù)路線思明公司采用自主研發(fā)核心技術(shù)，外聘專(zhuān)業(yè)人員協(xié)作的方式進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)。公司下設(shè)質(zhì)量檢驗(yàn)部對(duì)外協(xié)零件嚴(yán)格把關(guān)驗(yàn)收，再由裝配部進(jìn)行調(diào)試安裝。技術(shù)路線如下：3. 實(shí)施方案 移動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)是巡線機(jī)器人系統(tǒng)中關(guān)鍵的核心技術(shù)。根據(jù)輸電線路的結(jié)構(gòu)特征, 以及巡線作業(yè)的任務(wù)要求, 通過(guò)多種可行方案的對(duì)比分析和對(duì)機(jī)構(gòu)的巧妙組合, 以及樣機(jī)原型的反復(fù)試驗(yàn)和改進(jìn), 提出了由2小臂操作手機(jī)構(gòu)、1個(gè)公共的變長(zhǎng)大臂機(jī)構(gòu)、2個(gè)小臂與變長(zhǎng)大臂間各分別有1個(gè)繞鉛垂軸和水平軸旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)組成的雙臂協(xié)調(diào)移動(dòng)的機(jī)器人機(jī)構(gòu)模型。圖中, 2個(gè)小臂操作手機(jī)構(gòu)是由小臂繞水平軸回轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)繞鉛垂軸回轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)臺(tái)7和以小臂為機(jī)架的末端執(zhí)行器組成末端執(zhí)行器是由主動(dòng)滾輪2和夾緊機(jī)構(gòu)組成（圖2（b））；夾緊機(jī)構(gòu)是由夾桿1回轉(zhuǎn)副1有限約束的回轉(zhuǎn)副13和夾爪14組成, 且沿導(dǎo)線橫截面對(duì)稱(chēng)布置；繞水平軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)4的軸線與繞鉛垂軸回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5的軸線垂直相交, 移動(dòng)關(guān)節(jié)4的軸線與關(guān)節(jié)5的軸線垂直相交；2個(gè)小臂機(jī)構(gòu)和與其相聯(lián)的移動(dòng)關(guān)節(jié)8沿導(dǎo)線軸向呈反對(duì)稱(chēng)布置。關(guān)節(jié)4和關(guān)節(jié)5分別實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂（小臂機(jī)構(gòu)和大臂機(jī)構(gòu)）在導(dǎo)線平面內(nèi)的升降和旋轉(zhuǎn)。關(guān)節(jié)8實(shí)現(xiàn)2個(gè)臂交互滑移異位。 導(dǎo)航系統(tǒng)下圖1是220 kV 單分裂輸電線路的結(jié)構(gòu)示意圖，該圖顯示了巡線機(jī)器人遇到的典型障礙有防震錘、懸垂線夾、耐張線夾等。巡線機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)安裝在機(jī)器人下方，其中視覺(jué)傳感器(攝像機(jī)) 安裝在機(jī)器人的本體前端，光軸與機(jī)器人前進(jìn)方向的夾角約為5176。　防震錘、懸垂線夾、耐張線夾等障礙既無(wú)豐富的表面紋理,也無(wú)鮮明的顏色特征，且相互鉸接，