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高压电线除冰巡线机器人机构设计

更新时间:2018-10-15 12:36:20 信息编号:230073562
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详情介绍

商品别名
高压电线,除冰巡线机器人
面向地区
全国

高压电线除冰巡线机器人机构设计

章 绪论1
§1.1研究背景及意义..1
§1.2架空线路巡线机器人与机器人仿真文献综述..2
1.2.1架空线路巡线机器人研究概况2
1.2.2机器人仿真简介6
§1.3本文主要内容7
第二章 巡线机器人本体结构的设计与三维建模
2.11方案要求.8
2.12总体结构10
2.13柔性臂.10
2.14驱动装置13
2.15刹车制动装置.14
2.16手掌开合装置.14
§2.2器人的建模15
第三章 巡线机器人机械手运动学分析18
§3.1引言..18
§3.2数学基础理论.18
3.2.1刚体位姿的表示与齐次变换
3.2.2机器人运动学方程的D-H表示法..20
§3.3巡线机器人四自由度机械手运动学分析..22
3.3.1机械手的正运动学分析.22
3.3.2机械手的逆运动学分析.24
3.3.3机械手关节速度和雅可比矩阵.27
§3.4本章小结..29
第四章 总结与展望30
§4.1本文总结30
§4.2后续工作与展望30
致谢31
参考文献..32
目前国内外设计的高压线巡检机器人多选取相线作为巡检作业路径,与选取地线为作业路径的机器人设计方案相比,相线的作业模式主要存在以下问题:
(1)机器人悬挂在相线上时,处于带电作业状态,危险性高。
(2)巡视检测的范围小、视野窄。
(3)相线的悬垂弧度较大,机器人在相线上运行时更耗时耗能。
(4)机器人在相线上运行,容易损伤线路。
(5)相比于地线,相线上的温度较高,一些线路故障段的温度可达100℃以上高温,机器人长期处于高温环境,会影响机体和电子设备的正常工作。
(6)突遇雷电时,相线上运行的机器人容易产生放电现象,影响机器人本体的安全性。
1.3机器人本体结构需要解决的一些关键问题
随着对巡检机器人研究的不断深入,人们对机器人的结构设计必然会提出更高的要求,主要表现在轻量化、操作简单化和越障化等方面。
(1)轻量化 影响机器人重量的主要因素有:机械结构、材料及电池等。因此需要设计尽量简单的机构,采用性能好、密度小的高分子材料及更加科学实用的能源供给。
(2)操作简单化、越障化 操作简单化不但可以减小控制的复杂性而且还可以提高机器人的工作效率。因此需要进一步的机构优化,选择简单有效地机构形式实现其灵活、率的越障。
针对输电线路作业需要,要求机械臂可利用末端手抓或者工具完成以下作业内容:清除导线悬挂异物、修补导线、拆卸防震锤、拆卸弹簧销。
1.清除导线悬挂异物
近年来,风筝线、塑料布、帆布等悬挂物已成为高压输电线路的严重危害之一。它们缠绕、悬挂在导线上,极易造成高压输电线路发生单相接地、相间短路等故障,严重时还可能造成电网大面积停电事故。
要求集成在机器人平台上的作业机械臂针对四分裂导线的任何一根导线上悬挂的塑料布、风筝线等异物,利用末端工具将其清除。
四分裂导线悬挂的塑料布
2.修补导线
高压输电线一般采用钢芯铝绞线,输电线路在的交变张力作用下导致输电线产生裂纹、断股等缺陷,一旦离其他相线、地线或铁塔等的距离小于安全绝缘距离,会导致闪络等电力事故的发生。
在机器人接近线路断股处时,就可以利用作业机械臂来临时修补导线,如下图所示,机械臂或者携带工具可以将预绞线缠绕在断股导线处,将散开的断股导线束在一起。
本文中高压线机器人的工作原理和过程为:
1)机器人上线;
2)机器人本体计算机在接收到运行命令后,驱动机器人沿避雷线行走;
3)巡线机器人通过滚轮完成沿避雷线无障碍段的行进。行进过程中检测装置不断检测前方障碍物的情况,同时摄像机对线路和机器人本身的工作状态进行拍摄,拍到的图像通过无线设备实时传输到地面工作基站,决定是否对线路进行维护;同时对机器人本身的工作状态进行监控,决定是否对机器人的运动给予干预;
4)机器人检测到前方有防振锤时,由于手掌采用中空设计,因此机器人无需做任何调整,即可直接爬越;
5)当安装在机械手前端的接近觉传感器检测到悬垂线夹时,机器人控制肘关节电机旋转,使末端执行器上移,直至驱动轮离开避雷线,然后手掌电机驱动手掌张开;其开合度要大于障碍宽度;之后,后面两只手驱动电机继续行走,当中间手接近悬垂线夹时,前臂回落,同时手掌合拢,直至挂线;然后中间手电机驱动齿轮齿条机构使中间手上移,然后手掌张开,接通前后两手的驱动电机,继续行走。当后手接近悬垂线夹时,控制中间手回落,手掌合拢,直至驱动轮挂线;之后,后肘关节电机驱动后小臂选转,手掌张开,前两驱动轮继续行走;当后手跨越线夹后,手掌闭合回落,机器人完成跨越悬垂线夹的任务,继续行进;
6)当机器人跨越跳线时,手的脱线和抱线方法与跨越悬垂线夹时相同;前手脱线,通过前端视觉传感器,可检测到避雷线与跳线角度,这时大臂电机按此角度旋转,使末端执行器位于跳线下方,前手抓住跳线,然后中间手脱线,启动前后手的驱动电机使机器人行走。中间手接近跳线时停止行走,调整前后柔性臂,使中间手抓住跳线,启动行走。当后手接近跳线时,停止行走,后手脱线;用前手和中间手驱动机器人继续行走,越过跳线线夹后,停止行走,调整柔性臂,使后手抓住跳线,完成从直线到跳线的跨越;机器人由跳线到直线的跨越方法与上述过程相同,由于是一个上坡过程,为了使机器人不至于滑下来,需使用刹车装置;
7)检测到转弯跳线时,运动过程与跨越直线跳线不同的地方是柔性臂的姿态除了上下调整外,还需要水平调整,其余完全相同;
8)当线路坡度较大、驱动轮摩擦驱动无法实现机器人行进时,直接表现为驱动轮打滑,此时机器人三个制动器立即抓线,并与丝杠螺旋副组成蠕动爬行机构,进行蠕动行进。
本课题对巡线机器人的主要技术指标和要求是:
1)具有自主越障能力;
2)具有一定爬坡能力;
3)单机重量:小于100千克;
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