高压特种作业机械手的研究

【摘要】：高压及超高压架空输电线路是关乎国家民生的重点工程。目前我国主要采用高压及超高压架空输电线路的方式实现长距离输配电。由于输电线路及杆塔的一些附件(比如隔离棒、耐张塔、减震锤等)长期暴露在野外,长时间受机械张力以及一些自然条件的影响会逐渐老化或出现断股、磨损、腐蚀等。电力部门会定期对高压输电线路进行检测、维修以确保输电线路的安全可靠。传统的高压线路检测、维修存在工作效率低、费用昂贵、安全性差等缺点。 自行研制的高压特种作业机器人很好地解决了高压线路检测、维修的问题,而且避免了传统方法的缺点。该机器人由两个模块构成:第一个是故障检测模块,由机器人上面安装的多种传感器来检测线路故障;第二个是维修模块,该模块为高压特种作业机器人上携带的六自由度维修机械手。这两个模块的工作都依托于该机器人主体机巡线行走机构和主体机上线、下线的升降架。 本论文是在对比了大量国内外现有的工业机械手的特点以及参考了高压输电线路检修的相关资料基础上,对自行研制的高压特种作业机器人维修模块——六自由度维修机械手在使用、功能、维修路径的规划等方面做了分析和论述。根据特种作业机器人在高压输电线路上巡检时机体与高压输电线之间所留的空间以及维修作业的环境和特点,提出并设计了一种以巡线机器人为依托的六自由度的维修机械手。机械手各自由度之间互有联系但又互相之间独立,在工作的时侯不会互相干涉。使用MATLAB建立机械手的运动学模型,同时验证了机械手在维修过程中从初始化点到所需维修点最优路径实现的可行性。使用SolidWorks软件建立所设计的机械手模型。同时在SimMechanics中对SolidWorks建立好的模型进行了运动学分析及仿真。 六自由度维修机械手的控制系统由上位机、下位机、无线通信组成。其中对机械手最优维修路径的规划利用上位机进行分析,最终得出数据并且发送指令到下位机控制、执行。下位机控制则采用PLC,接受来自上位机传输的的步进角度,控制驱动器控制机械手各关节步进电机转动角度。整个过程实现了机械手各关节步进电机转动恰当角度、执行件到达指定地点等一系列动作。采用无线通信实现高压输电线路实时画面的传回以及对六自由度机械手的遥控。 根据本文设计方案研制的样机已经于2010年年底在通辽电业局通过了50KV等电位实验的测试达到了预期的遥控伺服控制效果。样机的无线通讯、控制系统、驱动系统、以及执行件工作完全正常,屏蔽效果良好。结果符合理论设计。