【摘 要】
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电力线路通道附近的树障严重影响着线路的安全运行,传统的人工清障方式效率较低,且存在着较大的人员安全风险。针对以上问题,本文提出使用空中机器人带载刀具进行作业的清障方式。为缓解空中机器人在姿态控制以及续航方面的压力,必须研究并设计一款清障作业高效、控制性能优良的轻型刀具系统。首先,针对空中机器人的作业特点和带载能力,完成了刀锯及其驱动方式的选型。为提高刀具系统性能,设计了单锯、双锯和刀锯平面可旋转等
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电力线路通道附近的树障严重影响着线路的安全运行，传统的人工清障方式效率较低，且存在着较大的人员安全风险。针对以上问题，本文提出使用空中机器人带载刀具进行作业的清障方式。为缓解空中机器人在姿态控制以及续航方面的压力，必须研究并设计一款清障作业高效、控制性能优良的轻型刀具系统。
首先，针对空中机器人的作业特点和带载能力，完成了刀锯及其驱动方式的选型。为提高刀具系统性能，设计了单锯、双锯和刀锯平面可旋转等刀具结构。对圆盘锯切削性能影响因素进行研究与分析，针对不同硬度的树木设计了不同机械参数的圆盘锯。根据刀具系统的运行机理建立了刀具系统的数学模型，并对清障作业时的切割作业扰动进行了分析。
接着，针对刀具系统存在参数摄动以及切割作业时存在转矩扰动的问题，研究了刀具系统NLADRC 控制方法。根据刀具系统二阶状态方程，设计了刀具系统 NLADRC 控制律。在MATLAB/Simulink 仿真环境下进行了 NLADRC 抗扰测试与鲁棒性测试仿真实验，验证了NLADRC控制方法的性能。
然后，针对NLADRC控制方法参数整定较为复杂的问题，提出了LADRC控制方法与基于LESO 和 TD 的滑模控制方法，并分别设计了控制律，然后在此基础上对两种方法的闭环系统稳定性进行了分析。仿真实验结果表明，两种方法均具备较强的抗扰性能和鲁棒性。
最后，对刀具控制系统的软硬件模块进行了详细设计。同时，为提高空中机器人清障系统的作业效率和安全性，设计了刀具系统与空中机器人之间的协同控制策略。最终进行了树障清理切割作业实验验证，实验结果表明：本文设计的刀具系统控制性能良好，与空中机器人之间协同作业顺畅，清障效率较高。
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