输电线路巡检机器人样机的越障控制研究与实现

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1、输电线路巡检机器人样机的越障控制研究与实现重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：占博指导教师：石欣副教授兼职导师：陈勇全高工学位类别：工程硕士（控制工程领域）重庆大学自动化学院二O一六年四月ResearchandImplementofStabilityControllingSystemforAnInspectionRobotAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementforProfessionalDegreeByZ

2、hanBoSupervisedbyProf.ShiXinPluralisticSupervisedbyChenYongquanSpecialty：ME(ControlEngineeringField)CollegeofAutomationofChongqingUniversity，Chongqing,China.April,2016重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要我国远距离输电线网络分布较广，需要经过条件恶劣的荒郊野外，易受到自然环境、人畜破坏和自身损耗的影响，需要对线路定期巡检。传统巡检方式主要以人工巡检和航空巡检为

3、主，存在劳动强度大、精度低、效率不高且费用高昂等问题。随着近年来机器人技术的发展，以巡检机器人代替传统巡检方式，可以减轻巡检工作负担，提高输电线路管理和维护的自动化水平。本文中巡检机器人样机的研制工作以重庆电科院项目研发为背景，主要目的是结合国外优点，在第一代样机的经验上进行优化改进，使之可以跨越所有大型障碍物、提高越障效率，并保持越障稳定性。本文的工作重点也将从这三个方面入手。本文设计的重点主要分为三大部分，首先在分析研究机器人越障过程中影响机器人稳定与各种扰动因素的基础上，完成了机器人平衡系统的设计：通过对机器人越

4、障单元（夹持机构）的受力分析及机器人本体越障过程中的摆动分析，得到相关扰动参数，然后使用传感器对扰动参数进行数据采集和模数转换，把转换完成的数据通过多传感器融合及卡尔曼滤波等信息处理技术进行预处理，再通过扰动平衡控制器及时对扰动变量进行补偿，控制夹持机构气动系统，获得较好的平衡效果。其次，机器人的控制系统总体框架搭建采用分层控制结构，由地面控制单元和线上机器人车载控制系统两大部分组成。其硬件主要组成部分包括工控机、数传模块、图传模块、单片机、伺服驱动系统和各类传感器。其软件系统主要分为地面人机交互系统和线上车载控制程序

5、。人机交互系统实现对机器人参数监控与操作，线上控制程序主要由机器人巡检越障主程序、伺服控制程序、传感器检测程序及通讯程序等组成。最后，对巡检机器人先后进行了室内与室外测试。室内实验以机器人功能性测试与控制系统性能测试为主，主要有越障测试、夹持机构压力测试和平衡系统稳定性测试等。室内测试实验可以及时修正机器人许多设计错误，并对控制系统进行了大量的调试，最终得以达到样机需求标准。在室外测试过程中主要是了模拟真实场景下的机器人越障能力及是否会遇到设计以外的突发状况，为后续的最终上线工作做好准备。试验结果表明：机器人线上越障能

6、力优秀，速度平稳，各个系统控制良好，满足设计要求。关键词：输电线路，巡检机器人，控制系统，平衡系统I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTLong-distancetransmissionlinenetworkoftenneedtogothroughtheharshenvironmentareas.Itisusuallysusceptibletothenaturalenvironment,humanandanimaldamage.Itrequiresregularinspectionoftheline.Inthe

7、pastitismainlydominatedbyregularinspectionsandmanualinspectionofaviationtesting.Whichhaslabor-intensive,lowprecision,inefficientandcostlyproblems.BackgroundofthedevelopmentworkofinspectionrobotprototypeforChongqingElectricPowerResearchInstituteproject,ourmainobj

8、ectiveistocombinetheadvantagesofforeign,intheexperienceofthefirstgenerationprototypeoftheprototypeoptimizationimprovements.We'llmakeitacrossallmajorobstacle,obstaclei