具备被动关节的巡检机器人越障性能研究.pdf

第12期
机械设计与制造
年12月
Machinery Design
anufacture
83
具备被动关节的巡检杌器人越障性能研究
宋屹峰,王洪光2,姜勇2,凌烈2
(1.中国科学院研究生院,北京100049;
2.沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室,辽宁沈阳110016
摘要:输电线路巡检杌器人的越障能力是其性能评价的一项重要指标。基于准静态分析,对比研究了大轮径机器人与
被动关节的机器人的越障过程,分别计算出机器人可跨越的最大越障高度、越障瞬时功率需求等参数。分析结果显示被
动关节的机器人构型与大轮径杌器人构型相比,具有更好的越障性能与更合理的越障能耗需求,被动关节的设计增强了
机器人越障的安全性与稳定性。通过仿真与现场实验,验证了具备被动关节机器人具有更高的越障性能,为机器人的原
理方策确定与设计提供了依据。
关键词:巡检机器人;越障性能;准静态分析
中图分类号:TH16;TP242文献标识码:A文章编号:1001-3997(2013)12-0083-04
Research on Obstacle Performance of an Inspection Robot with Passive Joints
SONG Yi-feng2, WANG Hong-guang, JIANG Yong?, LING Lie2
(1. Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
2. State Key Laboratory of Robotics, Shenyang Institute of Automation, Liaoning Shenyang 110016, China
Abstract: Obstacle-crossing capability is an important index to evaluate the performance of power transmission line inspection
robots. Based on the quasi-static analysis, t compared the obstacle-crossing process of the inspection robot with large
diameter wheels and the inspection robot with passive oins, and caculated the maimum height that the robots can cross and
the power consuming during the obstacle-cross
e comparison results indicate that the inspection robot with passine joints
has a better obstacle-crossing performance and power consuming reguirement, which means the design of passive joints
promotes the safety and stability during obstacle-crossing. The obstacle-crossing performance of the inspection robot with
passive joints has been demonstrated by both simulation and field experiment. The research provides the theoretic reference
for the inspection robot scheme and mechanical design.
Key Words: Inspection Robot; Obstacle Crossing; Quasi-static Analysis
引言
类巡检机器人采用大轮径驱动轮直接跨越防振锤、接管等相似
超高压输电线路巡检是为了掌握线路的运行状况,及时狻结构障碍。但是该机器人在爬坡线路上的越障性能并不理想,此
现电力设施的缺陷和沿线通道情况,为输电线路检修提供资料
外越障时夹紧轮必须打开也无法保障机器人的越障安全性。在分
较传统的人工巡检,输电线路巡检机器人具有巡检费用低、安全可
析驱动轮越障的基础上,讨论了在手臂加装关节的机器人改进构
靠、可近距离精细巡检以及易于操作等优点,逐渐成为线路巡检的型可能性,通过理论推导与仿真分析,选取有利于越障的构型作
一个新的研究方向。越障性能是机器人研究的一项关键技术,由为改进构型,最终通过仿真实验与在实际环境中进行的行走爬坡
于输电线路上通常安装有多种金具,因此巡检机器人需要具备安越障实验验证了被动关节机器人越障性能的优越性。
全稳定跨越线路障碍的能力
2大轮径机器人越障分析
对于巡检机器人的研制始于上个世纪八十年代,日本某电
防振锤和压接管是炳种典型上方不封闭的输电线路障碍。
力公司的巡检机器人采用自身携带辅助导轨进行越障。此后,东防振锤安装在线路上用于减小风载振动所造成的危害,一般每档
京科技大学等单位均研制四分裂导线巡检机器人 Expliner's,以后内需要安装4-6个,压接管主要用于接续线路、补修断股等。机器
的研究工作也一直没有停止过6。但以上所提到的机器人在跨越人在架空地线行走时必须能够快速安全的跨越它们
防振锤与压接管障碍时均需要多关节协调运动,越障时间长、效
轮式结构能够连续运动,轮线间摩擦为滚动摩擦,对线路的
率低。以加拿大魁北克某研究院研制的 Linescout当为代表的一损伤程度较小,此外还具有驱动方式简单,传动链短等优势,因此
来稿日期:2013-02-05
基金项目:家高技术研究发展计划资助项目(2006A04203);国家自然科学基金(60905048)
作者简介:宋屹峰,(1984-),男,青海西宁人,博土研究生,主要研究方向:机器人优化设计;
王洪光,(1965-),男,内蒙古赤峰人,博士,研究员,主要研究方向:机器人机构学