传感与控制-机器人控制器的一种模块化设计方法

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1、*基于PC104的巡线机器人控制系统设计1121吴俊飞，吴爽,姜生元，王新智（1青岛科技大学机电工程学院，山东青岛266061；2北华大学机械工程学院，吉林吉林132021）摘要：本文介绍了高压输电线巡线机器人控制系统，实现了高压输电线巡线机器人的越障、线路检测、实时监控等功能。实验结果表明该系统运行良好，具有良好的可靠性和实用价值。关键字：PC104；检测机器人；控制系统；高压输电线中图分类号：TP24文献标识码：BDesignofControlSystemforInspectionRobotBasedonPC104WUJ

2、un-fei,WUShuang,JIANGSheng-yuan,WANGXin-zhi(1.CollegeofElectromechanicalEngineering,QingdaoUniversityofScienceandTechnology，Qingdao,Shandong,266061.2.SchoolofMechanicalEngineering,BeihuaUniversity,JilinJilin,132021,China)Abstract:Thepaperintroducesthecontrolsystemo

3、fArm-suspendedInspectionRobotalongHighVoltageTransmissionLines.Thisrobotcanobservethetransmissionlineandmonitoringbycomputer.Experimentsshowtheproposedsystemhavingsatisfactoryrunningstateandpracticalapplicationpotential.Keywords:PC104;inspectionrobot;controlsystem;

4、highvoltagetransmissionlines1.引言高压输电线及杆塔附件长期暴露在野外，因受到持续的机械张力、电气闪络、材料老化的影响而产生断股、磨损、腐蚀等损伤，如不及时修复更换，原本微小的破损和缺陷就可能扩大，最终导致严重事故。因此，电力公司需要定期对线路设备进行巡检，及时发现早期损伤和缺陷并加以评估，根据评估结果安排必要的维护和修复，从而确保供电的安全可靠性。传统的人工巡检方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对于山区和大江大河等的输电线路巡检存在很大困难，甚至一些巡检项目靠常规方法都难以完成。因此，采用机器

5、人自动巡线成为保障高压输电线安全运行的一种必要手段。高压输电线路巡线机器人属于特种机器人的研究范畴，主要完成高压供电线缆的无损探伤、悬垂绝缘子绝缘特性检测、输电线附件输电性能测试、机械连接牢固性检查、线缆异物清除等高空作业。国外在巡线机器人领域的研究起步较早，研究水平较高，1988年，日本东京电力公司的Sawada等人研制了光纤复合架空地线巡检移动机器人，该机器人可以沿地线爬行，遇到障碍物时，可以通过弧形手臂辅助跨越。加拿大魁北克水电研究院的Montambault等人于2000年研制成功了输电线遥控机器人，该遥控机器人可以消

6、除电力传输线上的积冰，并可以用来线路巡检平台。国内关于输电线路巡线机器人的研究还处于起步阶段，只有武汉水利大学、山东大学、中科院等作过一些研究。2.机器人概述由于高压输电线的线缆附件种类多、形状复杂，因此，越障成为巡线机器人要具备的首要功能。本文所述的机器人采用3个自由摆动的吊臂跨越线缆附件，当遇到障碍物时摆动3个吊臂，*基金项目：北华大学重点科研项目2004重第7号北华大学博士基金资助项目2005第6号使3个吊臂依次通过障碍物。机器人本体如图1所示，该机器人可以在四分裂、二分裂、单股等高压输电线缆上爬行，可自主跨越悬垂绝缘

7、子、隔离棒、防振锤、线夹等线缆附件，具有输电线缆的检测功能。机器人综合性能指标如下：1)本体外形：850×300×700mm；2)本体重量45Kg；3)缆径适应性Ф10~Ф25mm；4)移动速度0~25m/min；5)爬升角度0~30°；6)控制方式：自主运行和主从遥控操作；7）故障处理：手动/自动。3.控制系统的设计机器人的控制系统分本体控制系统和地面监控系统两部分，如图2所示。本体控制系统用来规划机器人的运动轨迹，控制机器人运动构件，确保机器人可靠快速的越过障碍物，并实现与地面基站的命令、数据的远距离传输；地面监控系统实

8、现机器人的手动/自动控制，并监控机器人的稳定运行。为机器人设计自动和手动两套控制系统的增加了机器人的灵活性与可靠性，当其中一套系统发生故障时可启动另一套控制系统，另外在某些特殊的场合可只用手动系统，降低了机器人野外作业的难度，增加了机器人的应用性。3.1机器人本体控制系统的设计机器人本体的