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一种地下电力隧道机器人控制系统研究

林日  
【摘要】:随着智慧城市的快速发展,城市用电量快速增长,电缆线路维护工作量急剧加大。城市密集居住区主要采用地下隧道铺设电缆,地下隧道电缆线路需要定期巡检,确保城市供电可靠安全。传统的巡检方式以人工巡检为主,随着电缆隧道规模的扩大,人工巡检难以实现快速、有效巡检,电缆隧道内部环境恶劣,难以保证巡检人员人身安全。为此,电缆隧道机器人替代人工巡检具有重要的应用研究价值。本文依托国网重庆市电力公司电力科学研究院“地下电缆隧道巡检机器人”项目研发为背景,展开论文研究工作。综述研究了国内外地下电缆隧道巡检机器人技术,根据重庆市电力公司地下电缆隧道巡检的实际需求,对电缆隧道内部环境进行了深入的分析,结合巡检需求提出的巡检机器人性能指标,进行了电缆隧道巡检机器人的总体结构设计,采用运动学、动力学原理,对巡检机器人运动底盘行进水平路面和爬坡时状态进行了理论分析和仿真研究,采用牛顿-欧拉法对云台机械臂进行动力学分析,并进行仿真研究,完成了运动底盘和云台机械臂的机械结构设计。基于巡检机器人底盘运动控制特征,提出双闭环的PID控制策略,通过运动底盘机械系统与控制系统联合仿真模型进行了仿真验证,针对云台机械臂控制需求,提出基于前馈补偿的双闭环PID控制策略,通过云台机械臂机械系统和控制系统联合仿真模型进行了仿真验证。完成了控制系统硬件和软件设计,研发出电缆隧道机器人样机。通过试验,验证了机器人底盘、云台机械臂及控制系统设计的合理性和可靠性,基本满足电缆隧道巡检需求。


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