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.     

带柔索双臂巡检机器人运动学建模与仿真

为研究带柔索双臂巡检机器人越障过程中手臂与箱体的运动规律,采用D-H参数法建立了机器人基本越障动作的连杆坐标系,推导出了机器人运动学方程;以机器人蠕动越障过程为例,结合相关约束条件分析计算了越障过程不同阶段具体的运动学方程.通计算机仿真分析,给出了双臂行走轮以及箱体的坐标变化曲线,仿真结果表明越障过程中机器人姿态变化稳定,各个驱动关节运动比较平稳,证明带柔索双臂巡检机器人的结构设计较为合理.     

双臂巡检机器人越障能力分析

研究了手臂固定式、手臂移动式和带柔索式三种类型双臂巡检机器人的越障能力,通过理论分析建立了三种类型双臂巡检机器人相应的越障能力数学模型,在设定基本相同的质量参数和结构参数前提下,计算得到了三种类型巡检机器人在不同线路坡度下的最大越障距离.计算结果表明:带柔索双臂巡检机器人的手臂结构运动更为灵活,机器人越障能力更大,且越障距离可根据障碍物大小自由调节,因此带柔索双臂巡检机器人的结构设计具有明显优势,更易实现机器人轻量化设计.     

输电线路清障飞行机器人双行走轮同步控制

传统架空输电线路异物清除作业无人机易受环境影响,作业困难且存在较多扰动等问题。基于此本文设计一种高空作业无人机挂线行走控制机构解决该问题。首先,根据输电线路环境与无人机作业模式,设计挂线行走机构,减弱高空作业时对无人机所受飞行作业扰动的影响;其次,针对清障机器人双行走轮转速同步存在误差问题,提出一种基于反向传播–比例积分微分（back propagation-proportional-integral-differential,BP-PID）主从融合偏差耦合的电机同步控制策略。通过仿真与实物实验验证表明,本文提出的挂线作业无人机双行走轮同步控制算法可有效解决电机因负载导致的转速不稳定以及高空作业无人机受环境扰动的问题。     

高压输电线路除冰机器人的机构设计

在分析高压输电线路巡检工作的特点和国内外高压输电线路巡线机器人的发展现状和发展趋势的基础上,结合高压输电线路上覆冰的去除方法,主要介绍了设计的一种新型的高压输电线路除冰机器人.该机器人结构简单,可以在输电线上稳定地行走,能够较好地解决自主越障的问题,完成输电线上的除冰任务,具有广泛的应用前景.     

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.     

架空输电线路巡检机器人塔上充电系统设计及充电策略研究

为满足架空输电线路巡检机器人全天候在线工作的要求,本文根据架空输电线路的环境特点,设计出一种架空输电线路巡检机器人塔上充电系统。优化的充电接口设计结合对接位置微调算法,有效提高了机器人充电对接的成功率;基于不同工况下的机器人功耗分析,建立机器人工作能耗模型,得出了科学的充电站布局方式及机器人充电策略。通过系统运行和充电测试结果表明,机器人塔上充电系统运行稳定,机器人充电对接准确、高效,满足机器人塔上自主充电的需求。     

电子显微镜成像质量与样品倾斜角度关系的数值化评价

提出用计算图像点扩散函数的等效面积(归一化点扩散函数值大于等于0 7071时所对应的自变量定义域的面积)的方法来评价电镜图像质量,用此方法对一组实际的用于三维重构的超高压电镜图像的质量进行了分析,从计算值上得出电子显微镜成像质量与样品倾斜角度的关系.在样品单轴旋转的条件下,随着样品倾斜角度的增加,电镜图像质量下降;倾斜角度大于60°时,图像质量急剧下降.30°、60°和70°时的点扩散函数的等效面积分别是0°时的2 5、4 5和11 7倍.这种镜像质量随样品倾斜角度(尤其是角度大于60°)增加而变差的效应,将限制通过增大样品倾斜角度范围来提高三维重构分辨率的效果,同时表明电镜三维重构中样品的倾斜存在最佳的角度范围.     

新型四臂巡检机器人结构设计及转向越障研究

针对巡检机器人工作任务的需求和高压输电线路障碍物的特点,提出一种由三轴复合转动关节和双轴复合转动关节串联三个杆件组成的新型四臂巡检机器人,机器人可以通过各个关节之间的配合来实现转向越障中的重力平衡.分析了机器人转向越障的重力平衡条件和转向越障的步态,并利用Adams仿真软件对转向越障整体过程进行仿真分析,最后进行了样机的实验.通过对仿真结果和样机实验的分析表明,该巡检机器人具有转向越障的能力,并能够在转向越障中保证重力平衡.     

基于双目视觉技术的高压输电线路巡检机器人在线测距

为实现巡检机器人在线测距的实时性和可靠性,对传统测距算法进行改进,提出一种用于高压输电线路巡检机器人视觉导航的双目实时测距算法,左右摄像头相互协作,在左摄像头障碍识别的基础上对线路障碍物进行预设取点,然后通过两摄像头对所取点进行测距,随着机器人前进不断更新障碍物到镜头的距离。实验结果表明:该测距算法具有速度快、精度高和实时性强等优点。     

移动机器人空间姿态测量系统研究与设计

未知环境中机器人的自主导航研究一直是非常具有挑战性的前沿课题,要求机器人在定向移动之前必须先调整好自己的空间姿态;捷联惯性导航对空间姿态信息有明确的定义,具体通过倾斜角、方位角和工具面角来体现;针对目前已公开的空间姿态信息的解算数学模型存在缺陷的问题,结合空间坐标变换、空间直线方程和狗腿角的定义推导出倾斜角、磁方位角和工具面角的数学模型,并利用三轴加速度计和三轴磁强计给出具体的实现方案;测试结果表明:该方案能获得正确的空间姿态数据,倾斜角误差在±0.1°以内,磁方位角和工具面角误差在±1.5°以内,且成本低廉,体积小巧,是测量空间姿态的理想选择。     

基于断线作用的输电塔线体系动力效应影响分析

以最不利荷载组合作用下特高压输电线路双回路直线塔的试验位移为依据,验证了非线性有限元模型的有效性.在此基础上,对最不利断线位置下的输电塔线体系耐张段进行有限元隐式非线性动力分析.考察了断1~4根导线时输电塔的动力效应,确立了断4根导线和最上层导线的断裂对断线档的输电塔动力效应影响最大.同时,进一步分析了未断线档输电塔侧向刚度、档距、线路转角和悬挂点高差等因素对断线侧输电塔动力效应的影响.结果表明:未断线档直线塔的刚度较断线档小,即当相对侧向刚度小于1时,断线档直线塔的动力效应随着相对侧向刚度的减小增幅逐渐变大;当相对侧向刚度大于1时,断线档直线塔的动力效应随着相对侧向刚度的增大增幅逐渐减小.未断线档档距增大,断线侧输电塔的动力效应成几何次方关系急剧增长;而断线档档距的增大与断线侧输电塔的动力效应成线性正相关.线路转角度数或悬挂点高差角度分别为±5°和±7°时,断线侧输电塔的动力最大位移值和稳定后的最大位移值均超过1.822m.     

叶片包角对离心泵流场及脉动特性的影响

针对离心泵非定常流动压力脉动特性,采用滑移网格的大涡模拟技术对叶片包角分别为95°,100°,105°,108°的4副叶轮进行数值模拟.分析了叶片包角对离心泵水力性能、叶轮出口"射流-尾迹"、测点压力脉动频谱特性和叶轮径向力的影响关系.结果表明:随着包角的增大,离心泵的水力性能下降;包角适当增大,会使叶轮射流-尾迹流动结构变弱.在设计工况下,蜗舌附近测点压力脉动最大;在蜗壳螺旋段压力脉动强度沿流动方向逐渐变弱,而在叶轮流道内压力脉动沿流动方向逐渐增强,在叶轮出口处达到最大;而离心泵叶轮所受径向力随着包角的增大而减小,适当地增大包角可以提高离心泵运行的可靠性.     

一种形状记忆合金丝驱动的微小型六足机器人

为解决有限空间中形状记忆合金（ＳＭＡ）丝驱动的转动关节臂输出角位移不足的问题,提出了两种方法：①减小关节的回转半径,用富余的输出力补偿输出角位移的不足;②在三维可用空间中布置ＳＭＡ丝,增大ＳＭＡ丝的长度,开发了一种ＳＭＡ丝驱动的六足步行机器人,机器人的肢体布局和结构符合仿生学原理,轮廓尺寸为２５ｍｍ＊２５ｍｍ＊２５ｍｍ。并介绍了一种实用该机器人静步态行走的控制策略。     

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.     

Locomotor kinematics of the gecko （Tokay gecko） upon challenge with various inclines

Tokay geckos are skillful climbers and are able to negotiate difficult terrain such as steep slopes and overhanging inclines without losing their foothold. Here, we present data on the changes in locomotor kinematics when geckos are challenged to walk on various inclined surfaces. We trained individual geckos to move along a platform which can be tilted to simulate different slopes. The animals were filmed using a high-speed video camera. The results showed that their speed decreased with increasing slope angle, and their speed on the steep and inverted slopes （sloped angle 〉60~） decreased at a faster rate than on the shallow slopes （sloped angle 〈60~）. The geckos＇ stride length was much greater on the shallow slopes compared to the inverted slopes. The influence of stride length and stride frequency on speed was different when the geckos moved across different slopes. There are significant differences duty factor, which varied from 0.54 when wall climbing （90° slope） to 0.84 when walking on the ceiling （180° slope）. The mechanisms revealed this study will improve our understanding of control strategies in kinematics and inspire the design of robots with greater mobility.