【摘 要】
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随着国家智能电网战略的全面实施,越来越多的变电站采用巡检机器人来提高巡检效率和准确性、减少人工成本。由此,对国内外现有巡检机器人产品与研究成果进行调研与对比分析,提出一种能够适应狭窄水泥路面、带云台升降功能和自动充电装置的新型变电站巡检机器人方案,并对其进行结构设计、运动学与动力学分析、稳定性分析,实现了机器人的自动对接充电与运动控制功能。首先,根据巡检机器人总体设计要求,制定了巡检机器人的主要参
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随着国家智能电网战略的全面实施,越来越多的变电站采用巡检机器人来提高巡检效率和准确性、减少人工成本。由此,对国内外现有巡检机器人产品与研究成果进行调研与对比分析,提出一种能够适应狭窄水泥路面、带云台升降功能和自动充电装置的新型变电站巡检机器人方案,并对其进行结构设计、运动学与动力学分析、稳定性分析,实现了机器人的自动对接充电与运动控制功能。首先,根据巡检机器人总体设计要求,制定了巡检机器人的主要参数指标,并确定了巡检机器人本体结构、充电装置结构与运动控制系统的设计方案;在此基础上,使用SolidWorks软件完成整机的三维结构设计,并对关键零件进行有限元仿真校核,保证其结构强度满足设计要求。其次,对充电装置结构进行设计并对机器人充电对接过程进行理论建模与MATLAB仿真分析,明确了充电对接过程的技术要求;此外,设计了巡检机器人的运动控制系统,包括硬件的选型、搭建与软件设计;并建立了不同运动模式下巡检机器人运动学模型和动力学模型,为机器人底盘的运动控制提供理论依据。然后,针对云台的升降会导致机器人重心变化这种情况,对其在不同行驶坡度下对机器人稳定性的影响进行了理论分析与仿真,确定了巡检机器人在执行巡检任务过程中升降杆上升高度与机器人加速度的合理范围。此外,对巡检机器人在四轮转向与两轮转向运动模式下的转向稳定性进行了仿真分析,可为巡检机器人在不同速度下执行巡检任务控制升降杆上升高度和机器人角速度提供理论依据。最后,对所设计的样机性能进行了验证实验,包括底盘运动实验、云台升降实验与防碰撞和防跌落实验等。在验证机器人基本功能的基础上,通过测试爬坡过程行走电机力矩与理论仿真结果对比的方式,验证了所建立的机器人动力学模型的正确性;并完成了充电对接实验,证明了充电对接过程理论分析的正确性和样机设计的合理性。
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