題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 氣動(dòng)式柔索清障機(jī)器人
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 機(jī)器人以輸電線路、架空索道等柔索線路作為行駛作業(yè)路徑，整體由氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，采用三臂結(jié)構(gòu)，三臂對(duì)稱安裝在機(jī)體平臺(tái)上，平臺(tái)下面懸掛以控制箱為配重單元的重心調(diào)節(jié)裝置，控制系統(tǒng)采用基于規(guī)則庫的遞階式控制結(jié)構(gòu)。該機(jī)器人可攜帶線路檢測(cè)裝置，完成柔索線路的巡檢、清障工作。
- 詳細(xì)介紹：
- 氣動(dòng)式柔索清障機(jī)器人以各種柔索線路作為行駛作業(yè)路徑，整體由氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，采用三臂結(jié)構(gòu)，前后兩臂結(jié)構(gòu)對(duì)稱，主要由柔性伸縮氣動(dòng)機(jī)械臂、行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和銑削清障機(jī)構(gòu)組成；三臂對(duì)稱安裝在機(jī)體平臺(tái)上，平臺(tái)下面懸掛以控制箱為配重單元的重心調(diào)節(jié)裝置?？刂葡到y(tǒng)采用基于規(guī)則庫的遞階式控制結(jié)構(gòu)，具有遙控和自動(dòng)兩種工作方式。 氣動(dòng)式柔索清障機(jī)器人可以在輸電線路、架空索道等柔索線路上穩(wěn)定行走，進(jìn)行線路淤泥、覆冰等異物的清除，并且能夠自動(dòng)跨越輸電線路上的防震錘、懸線線夾等主要障礙，同時(shí)可攜帶相關(guān)檢測(cè)工具進(jìn)行柔索線路的故障檢測(cè)，并將信息傳送到地面監(jiān)控單元，確定故障發(fā)生的地點(diǎn)以及原因等，以及時(shí)進(jìn)行線路維護(hù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.創(chuàng)新點(diǎn) 1)機(jī)器人整體采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)，成本低、安全可靠、清潔無污染、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，并且有效減輕了機(jī)器人的整體重量； 2）機(jī)器人三手臂均為折疊式機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)大范圍的跨越和整體回縮，通過模仿人體遇到線路障礙時(shí)，從線路下方越障的動(dòng)作序列實(shí)現(xiàn)越障； 3）重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)重心的連續(xù)調(diào)節(jié)，從而保證了機(jī)器人越障過程的穩(wěn)定性。 4）采用IPC+PMAC控制系統(tǒng)與傳感器融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的智能化控制。 2.技術(shù)指標(biāo) 1）機(jī)器人整體重量輕，最大不超過50Kg; 2）具有一定的爬坡能力，最大爬坡角度40°； 3）能夠在柔索上平穩(wěn)行走，行走速度不低于15 m/min； 4）作業(yè)空間大,能夠自主檢測(cè)并跨越一定的障礙； 5）重心變化連續(xù)平穩(wěn)，保證機(jī)器人越障過程的穩(wěn)定性。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1)本作品將氣壓傳動(dòng)技術(shù)、清障技術(shù)與機(jī)器人巡檢技術(shù)有機(jī)地融合在一起，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種高效的基于氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的柔索線路仿生機(jī)器人。與傳統(tǒng)巡檢機(jī)器人的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式相比，氣動(dòng)執(zhí)行元件速度快、動(dòng)作靈活、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單、安全可靠，并且有效減輕了機(jī)器人整體重量。 2）機(jī)器人三手臂通過模仿人體遇到線路障礙時(shí)，從線路下方越障的動(dòng)作序列實(shí)現(xiàn)越障。機(jī)器人折疊式的手臂機(jī)構(gòu)，增大了作業(yè)空間，可實(shí)現(xiàn)大范圍的跨越和整體回縮。與二臂回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)相比，三臂式結(jié)構(gòu)不需要進(jìn)行復(fù)雜空中位姿的調(diào)整，控制簡(jiǎn)單、越障過程穩(wěn)定。 3）機(jī)器人三臂對(duì)稱安裝在機(jī)體平臺(tái)上，平臺(tái)下面懸掛一個(gè)以控制箱為配重單元的重心調(diào)節(jié)裝置，可實(shí)現(xiàn)重心的連續(xù)調(diào)節(jié)，從而保證了機(jī)器人越障過程的穩(wěn)定性。 4）采用IPC+PMAC控制系統(tǒng)與傳感器融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的智能化控制。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011.5 山東科技大學(xué) 山東科技大學(xué)第六屆學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品競(jìng)賽 特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、圖紙、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 1.技術(shù)特點(diǎn) 1)本作品將氣壓傳動(dòng)技術(shù)、清障技術(shù)與機(jī)器人巡檢技術(shù)有機(jī)地融合在一起，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種高效的基于氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的柔索線路仿生機(jī)器人，有效減輕了機(jī)器人整體重量。 2）三手臂均為折疊式機(jī)構(gòu)，增大了機(jī)器人的作業(yè)空間，可實(shí)現(xiàn)大范圍的跨越和整體回縮。 3）重心調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)重心的連續(xù)調(diào)節(jié)，從而保證了機(jī)器人越障過程的穩(wěn)定性。 4）具有一定的爬坡能力，最大爬坡角度40°；能夠在柔索上平穩(wěn)行走，行走速度不低于15m/min。 5）采用IPC+PMAC控制系統(tǒng)與傳感器融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的智能化控制。 2.適用范圍及推廣應(yīng)用前景 該機(jī)器人可攜帶線路檢測(cè)裝置，完成輸電線路、架空索道等柔索線路的清障、巡檢工作。同時(shí)，機(jī)器人與地面操作平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交換，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路的損傷情況，確定故障發(fā)生的地點(diǎn)和原因，大大提高了巡檢的效率和可靠性，從而提高了電網(wǎng)的可靠性和索道輸送作業(yè)的連續(xù)化、自動(dòng)化水平，為柔索線路的清障、巡檢工作提供了新的有效手段，具有很好的推廣應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 柔索線路作業(yè)機(jī)器人大體上可以分為兩類：遠(yuǎn)程操作機(jī)械手和移動(dòng)機(jī)器人。前者是一種半自動(dòng)化的裝置，可以協(xié)助人完成各種帶電作業(yè)，但受地面交通條件的限制。第二類機(jī)器屬于移動(dòng)式服務(wù)機(jī)器人，多采用懸臂機(jī)構(gòu)，與第一類機(jī)器人相比，有較大的優(yōu)勢(shì)。國(guó)外在該領(lǐng)域的研究起步較早，但這些機(jī)器人一般需要人工參與檢測(cè)，或者只能完成兩線塔之間電力線路的檢查，工作范圍小，自主程度低。 1988年東京電力公司的Sawade等人研制的光纖復(fù)合架空地線(OPGW)巡檢移動(dòng)機(jī)器人利用一對(duì)驅(qū)動(dòng)輪和一對(duì)夾持輪沿地線爬行，遇到線塔時(shí)，先展開攜帶的弧形手臂，手臂兩端勾住線塔兩側(cè)的地線，構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)軌，然后本體順著導(dǎo)軌滑到線塔的另一側(cè)實(shí)現(xiàn)越障。但該機(jī)器人機(jī)械本體平衡能力和環(huán)境適應(yīng)能力差，難以實(shí)現(xiàn)控制，而且導(dǎo)軌約100kg，機(jī)器人自身過重。 加拿大魁北克水電研究院的Serge Montambault等人研制的HQ LineROVer遙控小車起初用于清除電力傳輸線地線上的積冰，逐漸發(fā)展為用于線路巡檢、維護(hù)等多用途移動(dòng)平臺(tái)。小車采用靈活的模塊化結(jié)構(gòu)，安裝不同的工作頭即可完成架空線視覺和紅外檢查、壓接頭狀態(tài)評(píng)估、導(dǎo)線和地線更換、導(dǎo)線清污和除冰等作業(yè)。但是，HQ LineROVer無越障能力，只能在兩線塔間的電力線上工作。 國(guó)內(nèi)關(guān)于輸電線路機(jī)器人研究起步較晚，90年代末，國(guó)內(nèi)的一些研究機(jī)構(gòu)和高等學(xué)校開始巡線機(jī)器人的研究工作。在863計(jì)劃的支持下，武漢大學(xué)、中科院自動(dòng)化研究所等單位開展了巡檢機(jī)器人中部分關(guān)鍵技術(shù)的研究。1998年，武漢大學(xué)吳功平教授研制出了架空高壓線路巡線小車。小車采用單體三驅(qū)動(dòng)輪結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定的行走功能和越障功能，能順利越過絕緣子、防震錘、懸線線夾等主要障礙物。但是巡檢小車的行走、越障通過人工遙控加機(jī)械控制器來實(shí)現(xiàn)。 目前，中科院自動(dòng)化所復(fù)雜系統(tǒng)與智能科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制的110kv輸電線路巡檢機(jī)器人采用二臂回轉(zhuǎn)式懸掛機(jī)構(gòu)增加了臂距調(diào)整機(jī)構(gòu)、夾持輪抱線機(jī)構(gòu)等，可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、俯仰等運(yùn)動(dòng)功能，爬坡能力強(qiáng)。但它的行為規(guī)劃復(fù)雜，增加了控制電路設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)控制的難度。 綜上所述，該類作品的研制已顯現(xiàn)出強(qiáng)勁的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，隨著機(jī)器人功能的不斷完善，其結(jié)構(gòu)將會(huì)更加靈活、更加輕巧，探測(cè)靈敏度和可靠性會(huì)進(jìn)一步提高，盡快試制成功并投入產(chǎn)業(yè)化已是大勢(shì)所趨。
