一种220KV输电铁塔攀爬机器人结构设计与分析

发布时间：2021-08-09 23:30

　　我国的输电通信铁塔数量多且分布范围较广,截至2019年底已发展成为全球最大的通信铁塔运营企业。但由于输电铁塔长期处于室外环境中,受到风吹、日晒、雷击、暴雪等自然灾害影响频繁,为保证铁塔的正常运作,对其进行定期检修是必须完成的工作。本文针对人工攀爬铁塔危险性高的问题设计了一种可自主攀爬220KV输电铁塔并完成安全防坠装置挂拆工作的机器人。这种机器人能够在维修工人攀爬铁塔之前先一步登上铁塔并完成安全防坠装置的挂接或拆除,为工人后续攀爬铁塔提供安全保障。输电铁塔攀爬机器人包括上部夹持手、下部夹持手、行进机构和机械臂。夹持手由夹持手爪、外展机构和顶出机构组成,左右两侧夹持手爪和外展机构根据菱形对中原理设计。这种对称式的结构设计不仅可以使夹持手爪与角钢稳定接触,而且对称设置的外展机构还具有躲避角钢障碍的功能。顶出机构的作用是保证机器人攀爬过程中机身始终与主材角钢平行,避免因机身倾斜影响机器人的攀爬与越障精度。行进机构的伸缩可以实现机器人沿主材角钢进行移动,直线式的行进机构可以大大提高机器人的移动效率。当机器人攀爬至制定工作位置（一般为横担）,通过控制机械臂的各关节运动完成防坠装置的挂接或拆除任务... 

【文章来源】：山东建筑大学山东省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

四足机器人NINJA

山东建筑大学硕士学位论文-3-在对机器人的研发和重视程度来讲，一些欧美国家和日本等国一直以他们先进的机器人技术领跑世界。现在，德国和日本等一些国家不仅专注于工业机器人领域，而且对其他相关领域内机器人的研发资金和人力注入也逐渐增加，以美国来看，他们在军用器械的投入比值是较多的。所以，其他一些国家的精密零件或自动化生产装备多数是从德国或日本进口，因为这两个国家的智能装备不仅加工精度高，而且系统的稳定性也很好，相比自发研制的加工器械，机械故障率也相对较低，具有较高的性价比[4]。如今，德国、美国和日本在机器人领域的总产值占世界的80%多，由此可以看出他们对世界机器人发展的贡献是相当大。由于机器人技术的飞速发展，各大公司开始引进机器人设备来代替部分岗位的工人或辅助工人完成生产任务，这一流行趋势也得到了一些公司的关注，有一部分公司开始专业研制机器人，这也就诞生了现在的德国Kuka，瑞士的ABB，日本的Yaskawa和Fanuc等[5]。自1970年以来，一些类似于爬桁架或者攀爬圆形柱体的机器人开始出现雏形，随着攀爬管道机器人的应用，对该类机器人的研制工作也受到了各国研究者的重视，法国科学家是最早开始研制管道内壁攀爬机器人的研究者，并在当时最早提出管道内移动机器人的结构模型[6]。图1.1四足机器人NINJA图1.2ROMA爬杆机器人NINJA移动机器人是由SigeoHirose与其科研团队一起研发的，与之前的移动机器人

右黄鹧蟹⑸杓频囊豢罨?魅耍?饪罨?魅酥饕?美磁逝?空间桁架[9]，其结构如图1.3所示。Shady3D整体小巧轻便，在机身两端各设置有一个抓持手爪，抓持手爪与机身连接件之间有一个旋转关节，机身中间也有一个旋转关节，这些旋转关节的主要作用是用来变换机器人的形态以改变夹持位置，以适应桁架结构的变化。在抓持手爪等位置还安装有检测元件，可保证机器人有效的抓持桁架并完成姿态的变换。但是这款机器人由于整体较小，所以承载能力较低，二次开发的可能性受到一定限制，而且手爪对桁架的尺寸和形状要求较高，不具有适用性。图1.3Shady3D攀爬桁架机器人美国波士顿动力公司开发研制的一款攀爬机器人Rise。如图1.4所示，它采用仿生学的原理，设计灵感来源于蜥蜴在树干、墙壁等结构上依附和行走的姿态。Rise在树干、墙壁或其他物体上稳定攀爬是依靠其手爪与被攀爬物体之间的摩擦力，手爪的稳固抓持配合机身的位姿改变来实现灵活移动，它的尾巴可以始终贴附在被攀爬物体上，起到一个辅助


本文编号：3332991