高压线巡检机器人结构和精准控制的研究

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高压输电线路安全是经济发展的基石,有效的巡检是高压输电线路维护的重要作业之一,目前常用的人工巡检和航测巡检都不能满足实际的需求。智能线上巡检机器人与线路直接接触,能够自主在线上行走、越障,自动识别故障及隐患,实现高精度巡检;还可以对线路出现的部分损耗和故障进行维修,不仅能够提高巡检的质量和效率,还能提升维护和管理水平,对保证输电安全具有重要的意义。目前高压线路巡检机器人的研究已经取得了一定的成果,但仍有一些问题尚待解决,本文围绕关键技术,主要对一种新型被动式越障巡线行走机器人越障原理、结构设计及控制问题进行研究,并利用研制的样机对理论分析结果进行了验证,主要内容包括以下几个方面:(1)在综合分析国内外高压电线巡检机器人研究现状的基础上,提出一种新型被动式、穿越障碍物的高压线巡检机器人系统结构方案,实现巡检机器人在不脱离高压线的情况下穿越障碍物,简化机器人结构和控制,并提升机器人线上作业的平稳性和安全性。(2)规划了巡检机器人线上行走及越障运动策略,利用旋量理论构建运动学方程,分析了巡检机器人的夹爪、越障盘及压线器的末端运动姿态及运动学性能,并通过Adams软件仿真机器人的行走、越障过程,验证巡检机器人行走及“被动式穿越越障”机构的可行性。(3)基于正交实验设计和SPSS回归统计分析,以提升被动式越障性能的平稳性为依据,对越障盘的几何参数进行优化,建立了转子偏心距、曲面夹角和电机转矩之间的数学关系模型,为被动式越障盘的机构设计最优方案选择提供了依据。(4)提出了一种改进的基于遗传算法优化无模型自适应控制算法,能够精准控制机器人的运行速度和位置,而减少机器人线上运行的振动,并使用Matlab仿真验证控制算法;在此基础上自制一套伺服驱动运动控制器,并对比铭朗MLDS2410的控制器进行实验,验证自制控制器的有效性。(5)研制了一套被动式越障巡线行走机器人系统样机,搭建模拟110kv高压线的实验环境,完成巡检机器人在跨度4m,直径9mm的钢丝绳上的行走及越障试验。
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