电力铁塔攀爬机器人直线推杆机构设计与分析.pdf

机楲设计与制造
第3期
52
Machinery Design Manufacture
2012年3月
文章编号:1001-3997(2012)03-0052-03
电力铁塔攀爬杺器人直线推杆机构设计与分析
王蕾陆小龙赵世平曹志华刘晓宇梁恩志
(四川大学制造科学与工程学院,成都610065)
Design and analysis of linear rod units for electricity pylons climbing robot
WANG Lei, LU Xiao-long, ZHAO Shi-ping, CAO Zhi-hua, LIU Xiao-yu, LIANG En-zhi
( College of Manufacturing Science and Technology, Sichuan University, Chengdu 610065, China
摘要】面向输电系统检测及维护作业的自动化,提出并设计了一种可以在电力铁塔表面自由
移动的五自由度双臂关节式莩爬机器人,以期代替人工完成危险的高空攀爬检作业任务。该电力铁
塔掌爬机器人机构紧凑,左右机构对称,创新采用直线推杆机构实现两臂张合功能,此机构可良好支撐
机器人双臂,相比传统关节设计采用的大转矩电机直驱方式,大幅度降低了对驱动电机的转矩要求。建
立了机构CAD模型。进行了静力学分析,并在动力学仿真軟件 Adams教件环境下进行仿真。通过和电
机直驱关节方法比较,分析和真結果均表明采用直銭推杆叔构可减小驱动电机转矩。样机试验結果
表明电力铁塔撃爬机器人系统的设计组成原理合理,系统方案成功可靠
关键词:双臂机器人;铁塔爬;机构设计
I Abstract] For the atomation of power transmission inspection and maintenance, a dual-arm articu-
lated robot which can climb electricity pylons flexibly is proposed to perform dangerous aerial climbing de
tection work. The symmetrica and compact mechanism structure of the robot is developed with 2 grippers
f and 5-DOF, which audaciously adopts the liner rod units, which may support the dual arms well, to realize
i ing to the traditional joints design which is drived by motor with large torque directly. Then a CAD model of S
g the linear rod units ts proposed And statics analysis and simulation using Adams software are put forword. i
Comparing to the traditiond method dried by motor directly, the alysis and simulation results confirm
that the design can reduce the torque of the motor Prototype Experiments demonstrate that the design prin-
ciple of the electricity pylons climbing robot is reasonable, and that the system are stable
Key words: Dual-arm robot; Pylons climbing Mechanism design
レいレレ事い、v
中图分类号:TH16,TM753,TP24文献标识码:A
1前言
横向旋转关节,机器人可实现直线礬爬、转向及平面间的翻转运
ェ业和信息产业的迅猛发展对供电稳定性和可靠性的要求动华南理工大学研制的一种具有爬和操作功能的双手爪式模
越来越高,为确保输电线路安全可靠运行需定期对线路铁塔进行块化仿生机器人,其本体由五个关节和连杆构成,结构采用了模
检测和维护,但此类检修工作対登塔作业的工人来说劳动强度块化设计使得其爪部可适应多种爬环境
大、危险性高,因此电力部门迫切需要机器人携带工具代替人工
以上所述的炳足攀爬机器人有一个共同点,即双臂连接处
进行铁塔检修、维护,完成危险的高空作业。
的旋转关节均采用电机直驱传动方式。而两足机器人爬前进
目前国内外的爬机器人研究采用两足到八足不等,随着时,一足保持夹持或吸附状态,另外一足完成伸缩运动,此过程对
冗余臂数量的增加,机器人的重量、体积和控制的复杂程度相应中间旋转关节驱动电机的转矩要求很大。
增加叫。两足式机器人以其运动灵活、控制简单的优点而得到了广
针对铁塔的环境特点和检修任务需求,提出了款可以在
共同研究的四关节机电力铁塔表面自由移动的五自由度关节式铁塔攀爬机器人,对于
器人 RAMR E,采用真空吸盘设计,可以在较为光洁平整的平面解决高空操作给电力工人带来的危险性和不便性具有实际的意
间转换:;美国某大学研制的一款采用了气动人工肌肉的四自由度义。直线推杆机构用来实现两端部相链接手臂的张合,通过静力
关节式机器人 ROBINE可用于桥梁、建筑物、飞机等人工环境的学分析以及在 Adams软件中对机构运动进行的仿真分析,得出
检测;哈尔滨某大学研制的空间桁架用双臂手移动机器人門,机构此方案可降低对驱动电机的转矩要求。
采用两端对称设计,可以在正方体空间桁架内运动;北京某大学2电力铁塔攀爬机器人结构设计
研制的采用无源振动吸附技术的双足机器人,本体中间采用了
电力铁塔攀爬机器人不仅要像一般壁面礬爬机器人那样克
来稿日期:2011-05-08★基金项目:四川省科技厅资助项目(2008CZ0156)