越障机器人行走机构结构设计

高压架空输电线路的巡检大多采用人工巡线、车辆巡线和直升机巡线。这些巡线方式效率低,劳动强度大,还受地理环境、天气状况、作业人员经验和个人素质等因素的影响,有些隐患也不容易被发现,还常常出现漏检和错检。因此,采用巡线机器人来代替人工巡检已成为大势所趋。文章在对现有同类产品进行分析研究的基础上,通过一种新型的越障行走机构——四轮耦合夹持行走机构,实现快速自动地越障。     

一种新型变形轮行走机构研究

针对无人地面车辆的功能和对行走机构的要求,提出了一种变形轮行走机构设计方案.在阐述机构原理与特点的基础上,基于有限元理论,分析了行走机构的关键部件———变形轮圈的弹性特性,并对接地压力进行了仿真分析与计算,最后对演示模型进行了行走试验.结果表明,该设计方案合理、可行,从而为无人地面车辆行走机构技术实施途径和新的行走机理研究打下基础.     

双臂巡检机器人位姿变化下沿悬链线行走能力分析

为解决双臂巡检机器人沿输电线行走过程中存在的行走轮受力不均,易打滑脱线等问题,提出一种移动关节主动调节方法.分别建立了传统的双臂巡检机器人、带柔索双臂巡检机器人和带移动关节双臂巡检机器人行走轮受力模型,对比分析发现:机器人在最佳位姿状态下,受力情况最好,不易发生打滑问题.建立了巡检机器人关节变化的动力学模型并设计主动控制器,对机器人行走越障和沿线行走两种工况进行了仿真模拟.所设计的控制器能够协助机器人完成大坡度巡航与行走越障工作,并能够有效抑制关节振荡问题,缩短响应时间.最后开展了机器人行走越障与不同坡度行走实验,表明所设计的控制器能够辅助机器人完成巡检任务,有效抑制了行走打滑问题.     

基于改进Prim算法的变电站巡检机器人路径规划

变电站巡检机器人主要代替人进行变电站设备巡检,全面实现变电站无人值守.通过GPS定位技术获取机器人及设备位置信息,并将其抽象成网状存储结构,利用改进Prim算法生成最小生成树,同时,设计遍历算法遍历最小生成树,使路径回溯花费最小,完成机器人巡检路径规划.仿真实验结果表明,算法具有数据结构简单、执行效率高的特点.     

双臂巡检机器人沿输电线路行走特性研究

传统双臂巡检机器人沿大跨度输电线路行走过程中存在行走轮受力不均、易脱线等问题.针对这些问题,分别建立了传统双臂巡检机器人和带柔索双臂巡检机器人行走轮受力模型,对比分析表明:与传统双臂巡检机器人相比,随着线路倾斜角度增大,带柔索双臂巡检机器人两臂行走轮受力较均匀,不会出现脱线现象.在相同质量参数和结构参数条件下,采用虚拟样机技术分析了2种类型机器人沿输电线路行走时行走轮受力情况,仿真结果表明,传统双臂巡检机器人在线路倾斜角度达到28°时,出现单臂挂线现象;而带柔索双臂巡检机器人在线路倾斜角度达到37°时,仍能保持稳定地双臂挂线.综合分析表明,带柔索双臂巡检机器人的结构设计在线路行走方面具有明显优势,对于倾斜角较大的大跨度输电线路具有更强的适应能力,行走稳定性更好.      

煤矿履带巡检机器人多体动力学建模及越障仿真

针对煤矿井下底板路面变化多样,履带巡检机器人行走机构行驶动态特性复杂,底板路面对履带行走机构响应较大,表征和模拟履带-底板路面相互作用的行驶特性较困难。特别是台阶型路面,履带行走装置在越障时其机身上仰姿态过高、落地时履带受到的冲击较大。基于履带地面力学理论,通过一定数量的经验常数确定煤矿底板路面参数,采用柔性体多体动力学的有限段模型方法建立履带行走机构虚拟样机模型,完成巡检机器人在水平底板路面及台阶型路面环境下的多体动力学仿真实验,其履带与地面的接触力、履带内部的轴套力及履带变形情况与机器人行驶、越障过程相一致,表明建模方法正确;同时得到巡检机器人在不同底板路面状况下,其滑转及滑移率也会随之发生变化,在水平底板路面其履带滑转率较小,但在越障过程中,履带理论速度与实际速度相差较大,特别是履带刚接触到障碍瞬间、以及机器人刚越过台阶型障碍瞬间可达0.78,研究结果可为履带巡检机器人在煤矿井下的智能控制提供理论依据。     

海上无人驻守井口平台控制方案研究

海上无人驻守井口平台是海上固定平台群的重要组成部分,无人驻守井口平台上生产设施较少,工艺流程相对简单。针对此特点,在确保操作人员与设备安全的基础上,提出了高集成化、简化设计、降低成本的控制方案,并进行研究分析,为今后无人平台设计和推广应用起到借鉴作用。     

变电站巡检机器人导航方法研究

随着移动机器人技术的发展和变电站无人值守的开展,变电站巡检机器人应运而生。稳定的导航是巡检机器人能够正常工作的前提保证,因此针对变电站巡检机器人的导航方法进行研究。影响导航的关键因素有导航方式和导航算法,变电站巡检机器人采用视觉与电磁融合的导航方式,运用自适应位置型PID控制算法,对于脱离导航线的错误处理采用模糊控制的思想,实现了巡检机器人的导航并得到了实际应用,实际运行的结果说明此种方法抗干扰能力强、收敛性好。     

基于再生运动链法的大车行走机构创新设计

针对轨道式起重机大车行走机构运行效率低、自重大和整机较高等问题,在对传统大车构成原理分析的基础上,采用运动链再生创新设计法对大车行走机构进行结构优化.首先利用胚图插点法对大车行走机构一般化后的运动链进行综合,得到了16种运动链图谱.随后根据大车行走机构的拓扑结构要求,在图谱中对至少具有2个三副杆且其一连接3个二副杆的运动链图进行筛选,得到了满足构型要求的3种运动链.最后为满足轮压均载的需求,优选了一种最佳方案,即含有连杆均载机构的新型三轮大车行走机构.结果表明,相比同规格传统机构,新型大车机构样机降低了机构质量与设计高度.此外,该方案还可进一步推广至四轮大车行走机构中.     

煤矿搜救机器人履带式行走机构性能评价体系

为了探究何种履带式行走机构更加适用于煤矿搜救机器人,采用网络分析法从行走机构行走能力、防爆难易、操控性以及可靠性四个方面对5种常见的履带式行走机构进行性能评价.对5种行走机构的空间通过性、最大越障高度、最大越壕沟宽度和底盘高度进行了理论建模分析,同时提出了驱动电机数量对于防爆难易、操控性以及可靠性影响的数学模型.根据煤矿搜救机器人设计经验以及所推导的理论模型,对5种行走机构采用网络分析法进行了量化评价.最终,评价结果认为角度型行走机构更适于煤矿搜救机器人.基于评价结果,设计了CUMT-V型煤矿搜救机器人行走机构.     

可分体轮腿四足机器人的运动模态分析与轨迹切换

【目的】煤矿井下地形复杂多变且空气中含有多种易燃易爆气体，具有极高的危险性。为了降低巡检风险，提高巡检效率，提出了一款具有多种运动模态的可分体轮腿四足机器人。【方法】分析了该机器人的腿模态、轮模态、轮腿混合模态、躯体分离组合模态、双臂夹持模态等5种主要运动模态。阐述了单腿结构参数并基于蒙特卡洛法绘制了机器人的腿部工作空间；利用加速度倒推法消除了足端纵向的加速度突变，优化了机器人腿模态下的足端轨迹；基于5次多项式的轨迹特点规划了机器人多个运动模态相互切换的轮腿切换轨迹；基于Webots与MATLAB的联合仿真环境，验证了机器人腿模态下使用Trot步态的稳定性及轮-腿模态切换轨迹的柔顺性。【结论】研究内容可为可分体轮腿四足机器人在矿井环境中进行巡检作业提供理论基础。     

油气场站自动化巡检机器人系统设计

油气场站存储的物质由于具有可燃性,需要高频率的进行巡检。针对油气场站分布较广,占用面积较大,人工巡检费时费力,需要携带各种传感器进行采集与分析数据的问题,设计了一套油气场站自动化巡检机器人系统。该巡检系统包括自主移动平台、底层控制及传感器、自主导航算法、传感器检测算法、数据处理与预警平台。通过设计的被动式底盘和自主导航算法,该系统能够在油气场站的非结构化路面上进行快速巡检;通过设计的传感器检测及处理预警平台,该系统能够对油气场站的甲烷等易燃气体进行自主分析并数据回传,使得检测流程更加简洁高效。经实验测试,本油气场站全自动化巡检机器人系统能够完成灵活的越过各种障碍物,在危险环境下进行巡检,自主建立环境地图并导航,环境异常检测并回传数据,数据分析并报警等复杂任务,能够广泛的运用在油气场站的自动化巡检任务中。     

投篮机器人行走机构的设计与研究

分析了行走机器人常见的行走机构,并针对机器人在行走过程中需要跨越障碍物的要求,提出了一种有特色的投篮机器人行走机构,介绍了该种行走机构的设计思想和运动原理,并从理论上探讨了该行走机器人的运动分析、运动规划及运动误差等问题,具有上述结构的行走机器人改进后有较好的应用前景。     

管带机智能巡检机器人的总体设计

近年来政府出台多项政策以减少物料转运过程中的无组织排放,管状带式输送机(以下简称管带机)进入了发展的快车道.但是随着管带机运量增大、输送距离加长,常规的人工巡检方式日益不能满足实际生产运维的需求.根据巡检的任务特性,分析了采用机器人进行管带机巡检的功能需求.确定了挂轨式行走机构配置,采用STM32主控芯片+人工智能芯片...     

海上传统无人平台生产现状与前景展望

随着海上边际油田的加速开发，无人平台建设投入少，操作成本和人力成本低，海上无人平台的油气开采将会成为未来一段时间内海上油气生产的重要模式。但由于无人值守的特殊性，传统无人平台在日常生产维护中暴露出部分管理难题，主要集中在腐蚀管理、应急处置、远程操控三个方面。针对海上无人平台生产现状梳理和总结，为今后无人平台的发展管理提供参考意见，适当采取防腐涂层、阴极保护和外加电流保护等方式作为无人平台的防腐蚀措施。无人平台的应急处置要从平台复产、紧急压井两个方面着手。无人值守平台基于自动化技术、视频监控技术、远程操控技术、应急保障技术以及大胆应用5G技术来实现远程监控与操作。     

新型多单元串联巡检机器人机构研究与设计

针对超高压输电线路巡检机器人作业任务需求和输电线路障碍环境特点，提出了一种新型多单元串联的巡检机器人机构，每个单元由两个串联的平行四边形机构组成.根据机器人的越障机理及线路障碍物类型，规划出机器人的4种典型越障模式，给出机器人的主要结构设计参数，分析了典型越障模式下机器人手臂的工作空间.分析结果表明，该机构具备跨越500kV输电线路上典型障碍的能力，多单元串联的巡检机器人机构能够满足爬坡和转向条件下的越障运动需求.     

可变执行机构智能教学移动机器人系统原型及应用

提出一种基于BASIC Stamp2的可变执行机构移动教学机器人设计方案.通过在同一机器人底架上设计不同的行走机构,使功能扩展与制造成本之间取得平衡,系统各项功能测试验证了软硬件设计的可行性.结果表明:所建立的系统不仅丰富了传统教学机器人的功能,同时有效降低了重复设计不同运动机构的成本.     

考虑负载时变的线路巡检机器人动态性能分析

巡检机器人进行越障时，受负载时变影响，会出现控制超调、振动等现象.在考虑负载惯量时变特性的情况下，研究了一种用于分析巡检机器人越障状态下动态性能的方法.对双臂线路巡检机器人的回转机构建立了基于双惯量模型的动力学方程，使用改进D-H法与拉格朗日法对机器人建模，具体包括分配坐标系，求解拉格朗日方程，利用惯性矩阵计算负载转动惯量等.通过选择合适的阻尼系数设计了控制器参数，利用阻尼系数与固有角频率的变化分析了机器人的动态性能变化.研究成果有助于对双臂巡检机器人越障时的动态性能进行分析，并可用于机器人的伺服控制参数调试.     

小摆角两轮机器人动力学建模及控制器设计

针对现有两轮机器人转弯速度较低问题,提出一种可轴向摆动的新型两轮机器人设计方法. 该方法使用连杆控制机构摆动来调整机构的重心分布,实现机器人在小转弯半径条件下稳定运动的目的. 基于拉格朗日方程方法,对机器人的小摆角自由度进行了动力学建模与分析,得到了系统动力学模型,并在此基础上设计了一种状态反馈控制器. 运用Matlab/Simulink进行控制器系统仿真,验证了控制器在机器人稳定控制方面的有效性. 结果表明,该两轮机器人机构设计思路及运动控制手段可有效提高系统运动稳定性.      

两轮机器人行走机构的建模与实验

研究两轮机器人行走机构的系统组成及数学模型的建立,并进行了仿真和样机实验.行走机构由机械行走装置、姿态监测传感器和控制器组成,左右车轮由2个直流伺服电动机分别驱动,姿态监测使用陀螺仪和倾角传感器.在建立系统结构模型的基础上,利用Lagrange方法建立系统的动力学方程.根据线性系统理论,在Matlab环境下设计了状态反馈控制器,通过仿真验证了系统的稳定性.采用样机进行实际行走控制实验,验证了系统建模和控制器设计的合理性和有效性.