新型三臂巡检机器人越障机构三维设计开题报告

1. 研究目的与意义

在我国超高压输电线路分布特点：地点多、面积广，所处地形复杂，自然环境恶劣。又因电力线及杆塔附件长期受机械张力、电气闪络、材料老化等的影响，会产生断股、磨损、腐蚀等损伤，如果不及时修复，那么将会导致严重事故，给电力传输带来相当大的隐患。所以，我们必须对输电线路进行定期巡视检查，时刻掌握和了解输电线路的运行情况以及线路周围环境和线路保护区的变化情况，及时发现和消除隐患，预防事故的发生，确保供电安全。

现在我们国内的主要巡线方法有人工巡线、飞行器巡线和机器人巡线等等。人工巡线费时费力还伴随着高危险，对工人而言不仅工作量大而且条件艰苦，效率低；飞行器巡线成本高昂，检测不易施行，同时精度不高；因此机器人巡线成为目前的热点研究对象。

新型三臂巡线机器人与人工智能结合，以高压线缆为路径，可以到达人力难以到达的检测盲区。同时检测成本比飞行器巡线低，精度高。巡线机器人通过自身携带的红外热成像仪等检测设备，能够检测线路并且传回高清图像和视频，找出故障点。因此，研究新型巡线机器人来代替传统的巡线工作意义重大。

2. 课题关键问题和重难点

巡线机器人作为一个复杂的机电一体化产品，涉及到结构、控制、通讯及多种传感器融合等技术，该项研究目前还有待进步，相应的技术不够完善。我本次的研究课题着重于三臂巡线机器人越障机构的设计，能够实现在巡线过程中感应障碍物，同时负载相应的设备到线缆上，完成翻越障碍的任务。

越障机构是巡线机器人本体机构的关键技术，由于机器人悬挂在架空线上，越障是要保证机器人的姿态平稳，并保持与其他导线和线塔金属部件的安全距离，所以设计的关键点在于此，巡线机器人越障操作类似人的空中攀爬行为，所以仿生设计是解决这一难题的有效方法。目前很有前景的方案是采用多只可伸缩机械臂结构，机械臂上部为爬行驱动机构，下部通过旋转关节相互链接。遇到障碍时，机械臂之间相互配合，采用仿人攀爬策略调整姿态，跨越障碍。

3. 国内外研究现状（文献综述）

国内外相关研究进展

目前，机器人技术的发展带动了电力行业的快速发展，结合多功能传感器和通信技术的应用，应用于电力行业的线缆巡检机器人不断被研制出[1]。线缆巡检机器人本质上是由沿线行走的机构、跨越障碍物的机构和多功能传感器组合而成的自动化设备。其中跨越障碍物的能力主要借鉴自然界中动物跳跃、攀爬等特性，如跨越树干、翻过岩石等[2-3]。多功能传感器和稳定的通信，能够实现线缆巡检机器人在任何输电线路环境中都能接收作业人员的指令信息，同时将采集的线缆环境信息反馈至作业人员。由于输电线路环境复杂，线缆巡检机器人还需要对输电线路环境具有适应性。同时，由于输电线路具有一定高度，线缆巡检机器人还应具有稳定可靠的机械结构[4]。因此，线缆巡检机器人的研究具有很丰富的研究内容。

1国外相关研究

对于输电线路的巡视检查，国外研究学者及机构较早地开展了设计与研制，但其最初目的是为了将输电线路的结冰去除，此类机器人具备了单档内沿线行走的能力。为了体现一机多用的目的，在其除冰功能基础之上改进成检测功能，增加了线缆巡视检查的功能。这不仅节省了研制费用，而且使得线缆巡视检查的工作效率增大，同时也降低了作业人员的工作强度。例如，1988 年，日本东京电力公司研制了架空地线巡检移动机器人[5,6]。该机器人将本体安装在弯曲的导轨上，其原理是仿照人类攀爬。当机器人遇到线缆上附属的金具或塔杆时，机器人将弯曲的导轨展开，并将其固定在障碍物的另一侧。机器人本体沿着导轨滑到另一侧，然后将弯曲导轨收回，完成越障作业。

2000 年，加拿大 ireq 研究所开发了用于线缆除冰的机器人[7,8]，。该除冰小车主要作用是除去覆盖在线缆上的积冰。该机器人具备了在线缆上移动行走的能力，但是不具备跨越线缆附属金具的能力。同时，在除冰季节过后，除冰功能显得冗余。因此将除冰功能替换为巡视检查功能，由此提出了应用于线缆巡检的机器人。该研究所研制的第三代机型机结构紧凑，重量轻，具有较强的爬坡能力和稳定通信能力。同时，该除冰机器人采用模块化设计理念，不仅具有除冰功能，还增加了导线更换、障碍物清理等功能。但是，该除冰机器人不具有跨越障碍物的能力，仅能在单档内进行作业。

4. 研究方案

该巡线机器人由三个轮臂构成，在没有障碍的情况下三个行走轮通过电机驱动行走轮与管线接触面之间的摩擦驱动机器人前进。电机驱动夹持臂机构在线上行走并保证行走轮可靠贴紧线缆；用于承载设备的吊舱采用分体式设计，可以前后移动以调整机构重心，从而减小越障时桁架控制电机的负荷跨越障碍时驱动轮脱离地线，提高机器人的灵活性，以双臂机构进行越障。

5. 工作计划

第1周 完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至毕业设计管理系统,译文封面用标准模板。查阅文献资料，撰写开题报告。

第2周 开题报告经指导老师批阅合格并确认后，开题报告封面用标准模板，上传至毕业设计管理系统。

第3周 完成开题报告审核。开始毕设课题的三臂巡检机器人机构原理分析。