带电清扫机器人液压自动调平系统的设计与研究

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1、上海交通大学硕士学位论文摘要带电清扫机器人液压自动调平系统的设计与研究摘要带电清扫机器人是一种用于清扫户外变电站绝缘支柱的特种机器人。机器人的清扫手臂安装在升降叉架顶部，而升降叉架又安装在移动载体的支撑平台上。该清扫机器人重约3吨,升降高度为8m。因清扫手臂和升降叉架重量较重，如果支撑平台出现一点倾斜，将引起顶端清扫手臂产生较大的偏移量，会直接影响清扫手臂的工作位置和姿态。如果支撑平台倾斜过大，升降叉架左右两侧受力不均，容易引起铰接处失效产生较大的危险，甚至会使整台清扫机器人倾覆。因此清扫机器人作业前必须对支撑平台进行调平，才

2、能使其在工作高度内平稳地进行清扫作业。另外，在现代国防与民用技术中，往往需要把某一装载若干设备的载体精确地调整到水平位置。例如，导弹发射车，各种机动雷达天线座车，重型起重机，打桩机等在工作之前都必须进行调平。因此本课题以带电清扫机器人为研究对象，开发了一套适合重型设备、快速、高精度的液压自动调平系统。从而为带电清扫机器人提供稳定可靠的工作平台，确保带电清扫机器人能在各种地面状况下安全作业；同时为有较大倾覆力矩的重型设备载体的多支点自动调平提供可行方案。本论文首先根据带电清扫机器人对作业平台的作业要求，制定了一套可行的调平方案。

3、然后针对调平方案，设计出调平系统的基本框架，即系统的实施方案。之后对调平系统的实施方案进行了详细阐述。关于调平系统的实现，本文运用了机电一体化系统设计方法和设计思想，将调平系统分为三个子系统：机械系统，液压系统，控制系统。并对各个子系统进行了详细的研究和设计，如下：对机械系统进行力学分析，建立合理的平台数学模型。在了解了机械系统结构的基础上，将平台进行简化，并利用材料力学进行受力和变形计算。同时，运用有限元分析方法，通过软件Pro/E对平台的受力和变形进行分析，结果与材料力学的计算结果相吻合。在对平台的受力和变形有了深入了解第

4、I页上海交通大学硕士学位论文摘要下，通过坐标变换等，建立平台的数学模型。研究液压系统信息反馈，优化对液压系统的控制。由于液压支腿无法像机电式支腿通过带有光电编码器的伺服电机来实现信息反馈。液压系统的信息反馈，如支腿着地信号反馈实现较难。本论文通过对支腿液压缸的压力变化规律实验，设计出了一种根据油缸内油压变化来判断支腿着地情况的方法。另外，通过大量的支腿伸缩实验，以及对支腿速度的理论分析，提出了关于支腿速度的优化方法。从而为实现液压自动调平系统提供了高效、可靠的信息流。解决调平控制系统技术难题，实现调平算法。为了实现液压自动调平

5、系统，控制系统需要将机械系统和液压系统融为一体。根据制定的液压自动调平系统实施方案，对设备进行选购、安装、调试。通过对比各种调平算法，提出了满足带电清扫机器人的液压自动调平系统的控制方法。并通过论理分析和系统的调试，突破性的解决了控制系统的一系列技术难题，如：系统调平精度设置，运动耦合问题的处理，调平收敛性问题，系统安全性和稳定性设计等。文章最后对液压自动调平系统的系统性能进行实验研究。经实验证明，该系统的调平效果，系统稳定性和安全性基本达到了工程使用的要求。关键词：带电清扫机器人，自动调平，液压，移动载体第II页上海交通大学

6、硕士学位论文ABSTRACTDESIGNANDRESEARCHOFHYDRAULICAUTOMATICLEVELLINGSYSTEMFORHIGH-VOLTAGECLEANINGROBOTABSTRACTHigh-voltagecleaningrobot(HVCR)isakindofspecialrobotwhichisusedtocleantheinsulatedstanchioninthetransformersubstation.Thearmoftherobotisinstalledonthetopofscissor-l

7、ift.Andthescissor-liftisinstalledonthetopoftheunderpropingplatform.Whentherobotisworking,thescissor-liftshouldriseupandtherobotisabout8metershigh.Soiftheplatformisnothorizontal,thearmwillleavetheprearrangedpointandcan’tworkaswellaswedesign.Intheotherside,iftheplatfo

8、rminclinestoomuch,therewillbemuchdifferencebetweentheforcesattherightandlifesideofthescissor-lift.Andthedifferenceoffenleadstothebreakofjo