高压线巡检机器人系统设计及其检测技术研究
发布时间：2021-01-15 12:00
使用机器人代替人工在高压线缆上进行巡检是当前特种机器人领域的重要研究方向,可全面提高架空输电线路的自动化管理水平,降低安全事故发生的风险,并推动机器人运动控制,定位与建图,目标检测及电磁屏蔽等技术的发展。高压线巡检机器人的基本设计要求是能够在线上平稳行走并安全越障,核心目标是检测线路及其上金具可能存在的断裂,破损等异常状态。同时,机器人应具有对前方各类物体识别与定位的功能。现有的高压线路巡检机器人系统主要应用于地线巡检,线路适应力差,越障能力有限,而传统的线上检测方法多使用超声波,电涡流传感设备,效率较低且精度较差。本课题将在高压线巡检机器人系统设计和检测技术两个方面进行研究,并搭建巡检机器人样机,开展相关实验与测试工作。针对四分裂高压输电相线巡检任务的需求,提出了一种六臂下挂线式巡检机器人系统,并给出了相应的越障方案,同时设计了一种轻量化取电机构。在自主研发的机械系统基础上,课题对机器人运行时的受力状态及在不同环境下的数据需求进行分析,并以此为依据完成传感系统与控制系统的设计。机器人在线上运行的过程中需对前方可能存在的防震锤,悬垂线夹等金具进行检测,判断其类型并进行相应的越障行为规划...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1日本研究机构研制的线缆巡检机器人
哈尔滨工业大学工学硕士专业学位论文-3-可实现对前方金具与障碍物的检测，是目前国外的主流解决方案[6]。图1-2LineScout巡检机器人2014年，美国电力研究所（EPRI,ElectricPowerResearchInsititude）研制了一款太阳能供电式高压输电线路巡检机器人并公布了其专利[7]，这款机器人挂载在屏蔽线上，单次巡检距离为80英里，依靠机器人顶部的太阳能板进行线上充电，机器人携带高分辨率相机，用以检查线缆完整性及线路金具破损情况，同时携带一支激光雷达，用以探测未知障碍物。机器人的线上行走由中心导向模块引导，中心导向轮在竖直方向上与线相切，另有一组侧向轮与中心导向模块通过弹簧臂连接，通过臂的转动可以实现轮的挂线与离线，如图1-3所示，这款机器人具有较高的运行稳定性与安全性，但只能跨越在设计中事先考虑到的几类障碍物。图1-3美国研究机构地线巡检机器人专利图片国内机构对巡检机器人的研究发展于上世界九十年代，武汉大学吴功平教授团队研制了一款双臂反对称式的地线巡检机器人[8]，其最大的特点是可以通过小臂相对于机体的水平移动调整自身重心位置，每支手臂具有三个自由度，手臂顶端安装一支滚轮和与滚轮轴承座固连的夹紧机构，机器人可由单支手臂的夹爪支撑悬挂于线上，通过另一支手臂各关节的动作实现对线上金具的躲避与跨越动作[9]，机
哈尔滨工业大学工学硕士专业学位论文-3-可实现对前方金具与障碍物的检测，是目前国外的主流解决方案[6]。图1-2LineScout巡检机器人2014年，美国电力研究所（EPRI,ElectricPowerResearchInsititude）研制了一款太阳能供电式高压输电线路巡检机器人并公布了其专利[7]，这款机器人挂载在屏蔽线上，单次巡检距离为80英里，依靠机器人顶部的太阳能板进行线上充电，机器人携带高分辨率相机，用以检查线缆完整性及线路金具破损情况，同时携带一支激光雷达，用以探测未知障碍物。机器人的线上行走由中心导向模块引导，中心导向轮在竖直方向上与线相切，另有一组侧向轮与中心导向模块通过弹簧臂连接，通过臂的转动可以实现轮的挂线与离线，如图1-3所示，这款机器人具有较高的运行稳定性与安全性，但只能跨越在设计中事先考虑到的几类障碍物。图1-3美国研究机构地线巡检机器人专利图片国内机构对巡检机器人的研究发展于上世界九十年代，武汉大学吴功平教授团队研制了一款双臂反对称式的地线巡检机器人[8]，其最大的特点是可以通过小臂相对于机体的水平移动调整自身重心位置，每支手臂具有三个自由度，手臂顶端安装一支滚轮和与滚轮轴承座固连的夹紧机构，机器人可由单支手臂的夹爪支撑悬挂于线上，通过另一支手臂各关节的动作实现对线上金具的躲避与跨越动作[9]，机
【参考文献】：
期刊论文
[1]巡检机器人行驶轨迹定位方法[J]. 胡鹏,吴功平,曹琪,杨松. 机械设计与制造. 2019(03)
[2]基于巡线机器人的输电线路状态检修技术研究现状与展望[J]. 夏云峰,宋新明,贾志东,王希林. 高压电器. 2018(07)
[3]一种新型四臂巡检机器人机构设计与运动分析[J]. 肖时雨,王洪光,刘国伟. 西北工业大学学报. 2018(03)
[4]输电线巡检机器人自主抓线的控制[J]. 李贞辉,王洪光,王越超,姜勇,岳湘. 吉林大学学报(工学版). 2015(05)
[5]频谱预处理模糊运动方向鉴别的改进算法[J]. 孔勇奇,卢敏,潘志庚. 中国图象图形学报. 2013(06)
[6]基于输电线路行走越障任务的巡检机器人机构设计[J]. 凌烈,王洪光,李树军,姜勇,宋屹峰. 机械设计与制造. 2012(10)
[7]一种基于卡尔曼滤波的DR/LMS组合导航定位算法[J]. 李大伟,贾鹏飞,李卫国,王琳琳,郭瑞宙,刘瑶. 自动化技术与应用. 2012(09)
[8]高压多分裂输电线路自主巡检机器人及其应用[J]. 吴功平,曹珩,皮渊,付兴伟. 武汉大学学报(工学版). 2012(01)
[9]基于Freeman改进准则的输电线断股识别[J]. 刘鲲鹏,王滨海,陈西广,金立军. 机电工程. 2012(02)
[10]沿输电线路地线行驶巡检机器人定位方法[J]. 李维峰,付兴伟,徐显金,吴功平,刘明,曹琪. 武汉大学学报(工学版). 2011(04)
博士论文
[1]高压输电线路自主巡检机器人的研究[D]. 李正.上海大学 2013
硕士论文
[1]巡线机器人视觉检测方法研究[D]. 朱衍欢.哈尔滨工业大学 2017
[2]高压线巡检机器人的设计与研究[D]. 许博.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于SVM的高压输电线路巡检机器人障碍识别研究与应用[D]. 王玉平.重庆大学 2015
本文编号：2978834
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1日本研究机构研制的线缆巡检机器人
哈尔滨工业大学工学硕士专业学位论文-3-可实现对前方金具与障碍物的检测，是目前国外的主流解决方案[6]。图1-2LineScout巡检机器人2014年，美国电力研究所（EPRI,ElectricPowerResearchInsititude）研制了一款太阳能供电式高压输电线路巡检机器人并公布了其专利[7]，这款机器人挂载在屏蔽线上，单次巡检距离为80英里，依靠机器人顶部的太阳能板进行线上充电，机器人携带高分辨率相机，用以检查线缆完整性及线路金具破损情况，同时携带一支激光雷达，用以探测未知障碍物。机器人的线上行走由中心导向模块引导，中心导向轮在竖直方向上与线相切，另有一组侧向轮与中心导向模块通过弹簧臂连接，通过臂的转动可以实现轮的挂线与离线，如图1-3所示，这款机器人具有较高的运行稳定性与安全性，但只能跨越在设计中事先考虑到的几类障碍物。图1-3美国研究机构地线巡检机器人专利图片国内机构对巡检机器人的研究发展于上世界九十年代，武汉大学吴功平教授团队研制了一款双臂反对称式的地线巡检机器人[8]，其最大的特点是可以通过小臂相对于机体的水平移动调整自身重心位置，每支手臂具有三个自由度，手臂顶端安装一支滚轮和与滚轮轴承座固连的夹紧机构，机器人可由单支手臂的夹爪支撑悬挂于线上，通过另一支手臂各关节的动作实现对线上金具的躲避与跨越动作[9]，机
哈尔滨工业大学工学硕士专业学位论文-3-可实现对前方金具与障碍物的检测，是目前国外的主流解决方案[6]。图1-2LineScout巡检机器人2014年，美国电力研究所（EPRI,ElectricPowerResearchInsititude）研制了一款太阳能供电式高压输电线路巡检机器人并公布了其专利[7]，这款机器人挂载在屏蔽线上，单次巡检距离为80英里，依靠机器人顶部的太阳能板进行线上充电，机器人携带高分辨率相机，用以检查线缆完整性及线路金具破损情况，同时携带一支激光雷达，用以探测未知障碍物。机器人的线上行走由中心导向模块引导，中心导向轮在竖直方向上与线相切，另有一组侧向轮与中心导向模块通过弹簧臂连接，通过臂的转动可以实现轮的挂线与离线，如图1-3所示，这款机器人具有较高的运行稳定性与安全性，但只能跨越在设计中事先考虑到的几类障碍物。图1-3美国研究机构地线巡检机器人专利图片国内机构对巡检机器人的研究发展于上世界九十年代，武汉大学吴功平教授团队研制了一款双臂反对称式的地线巡检机器人[8]，其最大的特点是可以通过小臂相对于机体的水平移动调整自身重心位置，每支手臂具有三个自由度，手臂顶端安装一支滚轮和与滚轮轴承座固连的夹紧机构，机器人可由单支手臂的夹爪支撑悬挂于线上，通过另一支手臂各关节的动作实现对线上金具的躲避与跨越动作[9]，机
【参考文献】：
期刊论文
[1]巡检机器人行驶轨迹定位方法[J]. 胡鹏,吴功平,曹琪,杨松. 机械设计与制造. 2019(03)
[2]基于巡线机器人的输电线路状态检修技术研究现状与展望[J]. 夏云峰,宋新明,贾志东,王希林. 高压电器. 2018(07)
[3]一种新型四臂巡检机器人机构设计与运动分析[J]. 肖时雨,王洪光,刘国伟. 西北工业大学学报. 2018(03)
[4]输电线巡检机器人自主抓线的控制[J]. 李贞辉,王洪光,王越超,姜勇,岳湘. 吉林大学学报(工学版). 2015(05)
[5]频谱预处理模糊运动方向鉴别的改进算法[J]. 孔勇奇,卢敏,潘志庚. 中国图象图形学报. 2013(06)
[6]基于输电线路行走越障任务的巡检机器人机构设计[J]. 凌烈,王洪光,李树军,姜勇,宋屹峰. 机械设计与制造. 2012(10)
[7]一种基于卡尔曼滤波的DR/LMS组合导航定位算法[J]. 李大伟,贾鹏飞,李卫国,王琳琳,郭瑞宙,刘瑶. 自动化技术与应用. 2012(09)
[8]高压多分裂输电线路自主巡检机器人及其应用[J]. 吴功平,曹珩,皮渊,付兴伟. 武汉大学学报(工学版). 2012(01)
[9]基于Freeman改进准则的输电线断股识别[J]. 刘鲲鹏,王滨海,陈西广,金立军. 机电工程. 2012(02)
[10]沿输电线路地线行驶巡检机器人定位方法[J]. 李维峰,付兴伟,徐显金,吴功平,刘明,曹琪. 武汉大学学报(工学版). 2011(04)
博士论文
[1]高压输电线路自主巡检机器人的研究[D]. 李正.上海大学 2013
硕士论文
[1]巡线机器人视觉检测方法研究[D]. 朱衍欢.哈尔滨工业大学 2017
[2]高压线巡检机器人的设计与研究[D]. 许博.哈尔滨工业大学 2017
[3]基于SVM的高压输电线路巡检机器人障碍识别研究与应用[D]. 王玉平.重庆大学 2015
本文编号：2978834
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