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高压输电线路巡线机器人具有爬坡能力、自保护锁紧机构和刹车抱卡机构,不仅能在档间线路上行走,利用所携带的传感器对杆塔、导线、绝缘子、线路金具等进行检查,而且还能自主跨越输电线路上的防震锤、悬垂线夹、耐张线夹和引流跳线等各种障碍物,这样可以提高巡检精度,降低劳动强度、提高工作效率、节省人力资源,确保输电线路安全运行。
本文围绕双臂巡线机器人越障行为规划、运动控制等任务,对高压输电线路双臂巡线机器人的机械结构设计、控制系统开发、运动学分析、越障行为规划等问题进行了研究,主要工作和贡献如下:
第一,介绍了架空输电线路巡线机器人的研究现状以及模糊控制和遗传规划算法的研究进展,分析了国内外一些典型的巡线机器人样机的机械结构、系统功能和控制系统,总结了巡线机器人设计中所涉及的主要技术问题。
第二,详细介绍了双臂巡线机器人的机械结构设计、控制系统结构、传感器设计以及软硬件结构等。
第三,设计了基于分级行为控制器结构的越障控制系统,分析了针对各种障碍物类型的越障动作序列,提出了基于分级行为控制器结构的越障控制系统中的行为控制器设计、行为协调器设计以及评估器设计,并分析了双臂巡线机器人的运动学问题。
第四,建立了双臂巡线机器人的机体提升运动和机体转身运动的动力学简化模型,并分析了其主要控制问题,利用模糊控制方法实现了机体提升运动和机体转身运动的行为控制器设计,巡线机器人在实际输电线路上的越障实验也验证了该算法的有效性,同时分析了双臂巡线机器人其它运动的实现。
第五,提出了基于防震锤、悬垂线夹以及耐张线夹等障碍物的行为协调器设计,利用位姿空间中地图方法以及基于遗传规划的地图搜索算法,得到巡线机器人的优化路径,它是位姿空间上的一个节点序列,把该序列中的这些点在位姿空间中的坐标描述逆映射到物理空间,就可以得到物理空间的一个位置参数序列,巡线机器人按照此参数序列运动即可实现从起始点到达目标点的控制,在实际输电线路上的相关越障实验也验证了行为协调器算法的有效性。