【正文】 引用源。兩滑輪通過一根水平基座桿相連，連接部分能繞豎直軸旋轉。前輪上搭載了兩個傳感 器用來檢查線路是否完整安全。 9 圖 2–錯誤 !未找到引用源。比如在跨越懸垂索時，并不需要細化到每個關節(jié)旋轉多少度，只是執(zhí)行幾個翻越步驟就行，這些步驟里面對應機器人的位姿已經(jīng)預定義并存入了機器人 的控制器中。但在實際環(huán)境中，電纜線上有不同的障礙物需要跨越。 所示。 HiBot SH2 Tiny Controller 技術亮點 經(jīng)過分析將 Expliner 的技術亮點總結為以下幾點： 1) Expliner 使用 Sliding Joint 的模塊化方式組裝機器人各部件，機械連接與電氣連接同時接上，使機器人的組裝更加簡單快捷，在實際使用中節(jié)約時間； 2) Expliner 將巡檢各種類型的任務分為幾種特定的模式，方便分類控制。 存在的問題 主要存在的技術問題如下： 1) 在越障的時候要打開至少一個 Safety Hook，在大風或者事故發(fā)生是 Expliner 的穩(wěn)定性有待商榷； 2) Expliner 僅僅具有檢測電線存在的問題，而不能像 LineScout 那樣暫時修復電纜線來確保用電安全； 3) 在傾斜電線上越障時的穩(wěn)定性。一種兩輪雙臂的巡檢機器人。 兩輪雙臂巡檢機器人樣機 典型實驗 中科院沈自所這兩種機器人雖然在結構上略有不同，但是功能與達到的效果基本相同，只是在行走與越障等方面各有千秋。 該機器人能在不斷電的情況下，行走在 OGWs（架空地線）上，利用搭載的高速球形攝 像機對高壓輸電線路進行檢查，從而起到預防性的維護作用。 研發(fā)人員們克服了這些問題，并進行了相關實驗。的線纜，電池續(xù)航能力為 4 小時； 2) 機器人能夠翻越 OGWs 上的防震錘，如 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 。 翻越防震錘 圖 2–錯誤 !未找到引用源。 電力線參數(shù) 巡線類型 架空地線 高壓電線 導線直徑 14mm18mm 水平塔的轉角范圍 0176。 地線傾角范圍 8176。 機器人重量 =30KG 電壓等級 110KV 220KV 330KV 500KV 表 2錯誤 !未找到引用源。 所示，左圖為第一代兩輪雙臂機器人樣機機構簡圖，前后手臂配置相同，都是由上臂和下臂組成，上臂包括壓在架空地線上的一個行走輪與手 爪和一個轉動關節(jié)，下臂由一個轉動關節(jié)與一個和本體箱相連的平移關節(jié)組成，上下臂由平移關節(jié)連接。右圖是第二代機器人樣機結構配置圖，第二代與第一代機器人在關節(jié)配置方面有一定改動，底部安裝有移動副，用來移動機器人下部的控制箱調節(jié)機器人質心。 圖 2–錯誤 !未找到引用源。而且還能通過（ 9）號移動關節(jié)調節(jié)機器人手臂的寬度來實現(xiàn)雙臂變距，從而能夠擴大機器人越障的范圍和提高越障的穩(wěn)定性。 控制系統(tǒng) 輸電線巡檢機器人運行環(huán)境為距 離地面幾十米的超高壓輸電線避雷線 ,操作者很難通過肉眼實現(xiàn)對機器人作業(yè)狀態(tài)的準確判斷并發(fā)出相應的控制指令 .根據(jù)巡檢作業(yè)任務、現(xiàn)場應用的實用性與可靠性指標的要求 ,確定采用遙控與局部自主相結合的控制模式實現(xiàn)巡檢機器人沿線行走及跨越障礙 . 巡檢機器人控制系統(tǒng)由機器人本體控制系統(tǒng)和地面遠端控制平臺兩部分組成 .機器人本體控制系統(tǒng)采用基于 PC104 總線的嵌入式計算機系統(tǒng) .其組成如下 :核心模塊MSM586SV、通訊模塊 EMM282XT、運動控制模塊 PMAC2A2PC10 A/D 轉換模塊DMM2162AT、 I/O 模塊 互及檢測圖像的傳輸 ,分別采用了基于串口通訊的無線數(shù)傳電臺系統(tǒng)和微波圖像傳輸系統(tǒng) .機器人地面遠端控制平臺主要功能為 :通過無線通訊實現(xiàn)與機器人本體控制間的控制信息傳輸及檢測圖像的接收與存儲 .主要硬件組成為 :主控計算機 IPC600微波接收機、PCI 圖像采集卡、無線數(shù)傳系統(tǒng) . 為了滿足巡檢作業(yè)的要求 ,控制系統(tǒng)需解決的關鍵問題包括 : 1) 遙控與局部自主控制模式的有機結合 。 針對巡檢機器人的工作特點 ,通過建立巡檢機器人有限狀態(tài)機模型 ,實現(xiàn) 了遙控與局部自主控制模式的有機結合 ,采用預編程與傳感器定位結合的方法完成了巡檢機器人的自主越障控制 技術亮點 經(jīng)過分析將中科院沈自所的巡線機器人的技術亮點總結為以下幾點： 1) 結構簡單，重量輕，方便攜帶到現(xiàn)場進行巡檢任務； 2) 在架空地線上行走，障礙物少，能越過部分轉角塔與直線桿塔。 15 3 項目研究內容和實施方案 總體方案 系統(tǒng)總體結構方案 根據(jù)需要，設計 了一款應用于 500KV 輸電線路的輪爪式巡線機器人，該機構具有較強的運動能力和越障能力，交替式行走結構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動。機器人本體為多滑輪和多抓手組合式結構，并配以底部配重模塊，主要實現(xiàn)在高壓電纜上行走和跨越各種基本障礙物（如：防震錘等）；遠程交互平臺為便攜式工業(yè)電腦，可實現(xiàn)對機器人本體的遠程控制和顯示機器人本體上高清攝像機采集到的數(shù)據(jù)；系統(tǒng)總體結構示意圖如 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 圖 3–錯誤 !未找到引用源。同時通過對電機速度的調節(jié)，控制機器人滑行的速度，滿足不同情況的巡線要求。 機器人本體 遠程交互平臺 16 人機交互功能：人機交互功能是巡線機器人系統(tǒng)的一項基本功能。包括如機器人本體的運行狀態(tài)，視頻圖像數(shù)據(jù)，機械本體的位置信息等，同時還應該包括對以上各信息的設置和控制等。 自診斷功能：巡線機器人系統(tǒng)包含的診斷程序在整個運行過程中，對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行檢測和診斷，當出現(xiàn)故障時為用戶指出原因所在?？紤]到其完整性和復雜性，整個巡線機器人系統(tǒng)的控制系統(tǒng)可基于機器人本體控制器并做相應的擴展。巡線機器人控制系統(tǒng)框圖如下所示： 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 所示，該機器人主要由兩個輪組機構、兩個爪組機構、三個攝像頭、主控設備組成。 機器人本體手臂構型 輪組機構 其中每個輪組機構上共有兩個輪子，如下圖所示。 移動副轉 動 副輪 組 圖 3–錯誤 !未找到引用源。爪組機構主要用來越障，也可以在惡劣環(huán)境下用固線夾對機器人進行固定，以保護機器人。 爪組機構 運動方式 該輪爪式巡線機器人共有兩種運動方式，一種是輪組驅動運動，一種是交替運動。交替運動是通過輪組機構和爪組機構的交替式運動實現(xiàn)機器人的前進或后退。 輪爪式機器人交替式行走 20 機械人本體電氣方案 減速機無刷直流電機減速機直線電機云臺攝像機紅外熱波無損檢測無刷直流電機驅動器直線電機驅動器云臺控制器機器人控制器 控制層驅動層 圖 3–錯誤 !未找到引用源。這樣的設計使得電氣部件，尤其是電機的安裝位置十分狹小。其結構和實物圖如 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 所示。 空心杯電機（無刷直流） 21 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 無刷直流電氣驅動器 空心杯電機屬于直流、永磁、伺服微特電機。空心杯電機在結構上突破了傳統(tǒng)電機的轉子結構形式，采用的是無鐵芯轉子。 行星減速機 采用臺灣 APEX 公司生產的行星齒輪減速機來減少本體的質量，并為驅動系統(tǒng)提供足夠的轉速和輸出轉矩，滿足各執(zhí)行機構的動力和速度需求。減速機廣 泛應用于冶金、礦山、起重運輸、電力、能源、建筑建材、輕工、交通等工業(yè)部門。兼具功率分流、多齒嚙合獨用的特性。最大輸入功率可達 104kW。 紅外熱波無損檢測儀 紅外熱波無損檢測技術是近年來復合材料無損檢測領域發(fā)展迅速的一種新方法，與常規(guī)的超聲、射線等檢測技術相比，該項檢測技術具有非接觸、全場、大面積、快速、直觀、易實現(xiàn)檢測自動化等優(yōu)點，采用專用軟件對獲得的紅外圖像信息處理后，可直接識別缺陷位置坐標，除此之外，檢測時對周圍環(huán)境沒有特殊要求，設備輕便、可移動，特別適合現(xiàn)場應用和在線、在役檢測，國外已經(jīng)用于金屬和非金屬材料及其復合結構件的無損檢測 。 圖 紅外熱波無損檢測儀 紅外熱成像技術 理論及應用的研究重點是研究熱源，產品被加熱后， 材料內部的缺陷改變復合材料局部的熱性能，導致材料表面溫度場的變化，通過材料表面的溫度圖譜即可判定缺陷， 采用專用軟件進行實時圖像信號處理，顯示出檢測結果，從而達到檢測目的，如 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 圖 3–錯誤 !未找到引用源。 紅外熱波檢測試驗圖 云臺攝像機 機器人本體在電纜上行走時，由于自身重心的便宜和收到不同等級的風力影響，會出現(xiàn)不同的姿態(tài)，為保證攝像頭能夠時刻捕捉到電纜的表面信息，高質量的完成巡線檢測任務，選用高速云臺攝像機進行 2 自由度的調節(jié)，彌補機器人本體姿態(tài)變化所帶來的檢測不便。 云臺攝像機 云臺攝像機就是帶有云臺的攝像機。云臺內裝兩個電動機。又分為室內用云臺及室外用云臺。這兩個電動機一個負責水平方向的轉動，另一個負責垂直方向的轉動。功耗小、不易發(fā)熱、使用壽命長、激光紅外夜視距離最遠可達 500 米。最大限度地減少了系統(tǒng)部件之間的連接，提高了系統(tǒng)的可靠性。徹底解決起霧、圖像反光、實際距離達不到、溫度過高等一系列問題。智能轉換，速度快。高強度合金鋁整體壓鑄外殼，內部全金屬架構，抗沖擊、防腐蝕，防護等級達到 IP66。內置解碼器，集成多種通訊協(xié)議、波特率和多種協(xié)議。水平運行監(jiān)視范圍遠，垂直運行監(jiān)視范圍廣，水平 360176。定位精度達177。可存儲多達 128 個預置位。支持兩點間進行水平掃描。 8 組可編程巡視軌跡，每組巡視軌跡最多可聯(lián)動 16 個預置位。 機器人本體控制系統(tǒng)方案 機器人本體控制系統(tǒng)分為三個層次，如 圖 3–錯誤 !未找到引用源。底層為機器人本體及磨頭。伺服電機驅動器與多軸運 動控制器構成電流、速度、位置三閉環(huán)控制結構，完成機器人本體的關節(jié)控制。 25 云 臺攝 像 機數(shù) 字 傳 感 器附 件 控 制 器攝 像 機 切 換模 擬 傳 感 器I O 擴 展 模 塊 機 器 人 計 算 機 數(shù) 傳 電 臺P M A C 運 動 卡行 走 電 機平 移 電 機P A M C 運 動 卡伸 縮 電 機抓 手 電 機紅 外