LEGO智能除冰机器人的设计

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1、2009年第10期大众科技No.10，2009（总第122期）DAZHONGKEJI(CumulativelyNo.122)LEGO智能除冰机器人的设计12甘辰予，陈劲生(1.南宁市第二中学，广西南宁530022;2.广西和信通讯技术有限公司，广西南宁530022)【摘要】介绍采用LEGO(乐高)组件搭建的除冰机器人其整体结构、动作原理以及发明创新点。并从系统控制方案及硬件组成、软件结构特点等方面对除冰机器人控制系统的设计进行了讨论。通过实验使用表明其可靠性高，性能良好，作业安全。【关键词】除冰机器人；输电线路；除冰；越障【中图分类号】TP

2、242.6【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2009)10-0029-03（一）引言机器人总体结构大致可以分为主控模块、执行模块(越障系输电线路冬季因受冰雪危害引起的供电中断事故通常都统、摄像系统、测距系统、除冰系统)和电源模块(太阳能蓄是较严重的，其修复工作难度大，周期长，停电影响面积广，电池、太阳能充电器)等叁个模块。因此一直是全世界范围内需要解决的难点问题。2008年初，各模块功能如下表：我国南方大面积连续特大降雪，冰雪压跨了输电线路塔架，超声波和触碰传感器感应层(采集发送环境信息)压断了输电线路，受灾人口高达1亿之多，

3、直接经济损失超NXT主控中心处理器决策层(路径识别、实时控制)过1100亿元。目前输高压导线路除冰措施主要依靠人工用拉电源供给和电机驱动驱动层(决策的执行、系统维持)杆、竹棒等沿线敲打，使覆冰脱落。这次南方遭受冰灾地区在本系统中，除冰机器人底盘采用两轮结构，在前轮的的电网除冰主要采用的就是人工除冰的方法，不仅效率低下，上方，安装四个螺纹旋柱作为除冰装置。后轮为驱动轮，采而且对电力工人的生命安全造成了极大的威胁。因此，研究用两轮差动转向的方式实现转向。每一个主动轮采用一个步新型的除冰方法替代人工除冰就变成十分迫切。利用除冰机进电机独立驱动。机

4、器人系统外观图如图1。器人实现输电线路在线除冰是目前输电线路除冰技术的发展趋势，具有功耗小、成本低、效率高、保障人身安全、无需停电和转移负载等优点。研制安全有效的除冰机械以代替人工进行导线除冰具有较好的应用前景和实用意义。（二）除冰机器人构型方案的确定1.系统的工作要求（1）除冰机器人设计必须考虑下列因素。1）具有适合图1系统外观图于柔性线路上平直段、爬坡和下坡段的轮式行走或步进式行走装置以及爬坡、制动能力。2）具有摆动、旋转、俯仰调整（三）系统的硬件设计功能的越障装置。3）具有故障状态的安全报警能力。4）由整个硬件系统由控制中心、越障系统

5、、摄像系统、测距于除冰机器人悬挂在架空的输电线路上，越障时应保证除冰系统、除冰系统和电源系统组成。硬件构成如图2所示。机器人姿态平稳，并保持与其它导线和线塔金属部件的安全间距等。因此，各类附属装置的空间尺寸受到一定的限制。5）机器人构成：行走过障除冰机器人不但能在架空的输电线路上自主移动，还能通过装置传回数据发出指令搅拌机式的装置快速压碎冰块。6）提供足够的空间安装所携带的电源以及探测、记录和分析处理仪器。发出指令提供电能除冰充电装置NXT控制中心（2）除冰机器人设计的关键。1）如何精确定位卡住输装置电线路上的电缆；2）如何驱动；3）如何除

6、去覆冰；4）终点传回数据如何制动。摄像测距装置装置其中最难的是如何除冰，选定除冰方案是以机器人在电缆线上行走中，利用除冰装置上的螺纹旋柱向内的压力和旋图2系统的硬件构成图柱上粗糙的螺纹压碎线路上的覆冰，其效果最为有效。而针对终点制动这个难题，利用超声波测距装置进行除冰机器人1.控制中心设计制动，使其真正成为具有智能的除冰机器人。控制中心是机器人的运算核心和控制核心，乐高公司到2.系统的组成部分现在为止总共推出过两款机器人：第一代RCX和第二代NXT。除冰机器人是基于传感器技术、控制技术、机器人技术NXT与RCX相比最大的特点就是控制中心的中

7、央处理器从8于一体的集成系统。本除冰机器人采用乐高(LEGO)组件搭建，位升级到32位，处理能力得到了大幅度的提高。这给了NXT【收稿日期】2009-07-15【作者简介】甘辰予，男，南宁市第二中学高中部教师，研究方向为LEGO机器人功能设计和实验、应用；陈劲生，男，广西和信通讯技术有限公司经济师，研究方向通信线路维护及通信技术管理。-29-带来了很多以前RCX无法实现的功能，例如语音识别（现在（3）抓手将机器人提升，前轮转回线内，抓手重新打开还只能识别语音的强度），图象处理等。在通信方面，配备了并完全离开电力电缆，这时线上支点为前后轮，前

8、轮和后轮USB可以直接与PC相连，与RCX相比，无需红外发射器，传一起运转，使抓手通过障碍物。送的速度也将大幅提高。另外，还配备了蓝牙功能，可与手（4）抓手再次将机器人提升，后轮