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1、四連桿越障巡檢機(jī)器人設(shè)計分析 【摘要】根據(jù)高壓輸電線路障礙環(huán)境特點及巡檢任務(wù)需求，提出一種基于平行四邊形的四連桿越障巡檢機(jī)器人。行走越障機(jī)構(gòu)采用一個行走電機(jī)驅(qū)動行走輪實現(xiàn)線上行走，提供機(jī)器人的行走驅(qū)動力，采用一個夾緊電機(jī)驅(qū)動夾緊輪，保證夾緊輪與行走輪剛好夾緊輸電線，防止機(jī)器人從線上跌落；利用連桿與行走臂構(gòu)成四連桿結(jié)構(gòu)實現(xiàn)機(jī)器人的越障功能。利用ADMAS建立巡檢機(jī)器人虛擬樣機(jī)，研究水平行走和爬坡時機(jī)器人的驅(qū)動特性，仿真結(jié)果為機(jī)器人電機(jī)選型、載荷特性分析和控制策略制定奠定基礎(chǔ)。【關(guān)鍵詞】巡檢機(jī)器人；四連桿結(jié)構(gòu)；越障分析；虛擬仿真1引言高壓輸電線路長期暴露在外部環(huán)境中會導(dǎo)致線路老化磨損、斷股等損傷，

2、存在很大的安全隱患，電力部門需定期對輸電線路進(jìn)行巡檢。目前采用的方法主要有人工巡檢和直升機(jī)巡檢，人力巡檢效率低、危險性高，且部分特殊環(huán)境無法巡檢；直升機(jī)巡檢成本高1。國內(nèi)外多家研究機(jī)構(gòu)對輸電線巡檢機(jī)器人展開了研究，如日本東京工業(yè)大學(xué)研制的遙操作巡檢機(jī)器人Ex-pliner2通過機(jī)械臂調(diào)整機(jī)器人質(zhì)心位置實現(xiàn)越障，加拿大魁北克水電研究所開發(fā)的帶電巡檢機(jī)器人LineScout3采用蠕動方式交替跨越障礙物；國內(nèi)武漢大學(xué)的吳功平教授團(tuán)隊4和中國科學(xué)院沈陽自動化研究所王洪光團(tuán)隊5-6也對高壓輸電線巡檢機(jī)器人進(jìn)行了研究。但是大多數(shù)巡檢機(jī)器人因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體型大、控制難度高且整機(jī)越障時間長等諸多因數(shù)，限制了巡

3、檢機(jī)器人的實際應(yīng)用。本文設(shè)計了一種基于四連桿越障的輸電線巡檢機(jī)器人，利用平行四桿結(jié)構(gòu)的變形適應(yīng)性，將越障過程中的阻力轉(zhuǎn)化為行走輪抬高的動力，實現(xiàn)巡檢機(jī)器人跨越防震錘、間隔棒等越障物，越障流程簡單易于控制，行走安全平穩(wěn)。并對機(jī)器人的線上行走、爬坡、越障等運(yùn)動功能進(jìn)行分析，驗證了機(jī)器人用于線上巡檢的可行性。2巡檢機(jī)器人結(jié)構(gòu)巡檢機(jī)器人的三維模型如圖1所示，主要包括行走機(jī)構(gòu)I、行走機(jī)構(gòu)II、夾緊機(jī)構(gòu)、兩個相同的第一連桿和第二連桿。工作時打開行走電機(jī)和夾緊電機(jī)，行走電機(jī)經(jīng)減速器驅(qū)動行走機(jī)構(gòu)I運(yùn)動，實現(xiàn)線上行走；安裝在輔助行走機(jī)械臂上的夾緊電機(jī)，經(jīng)彈性聯(lián)軸器驅(qū)動夾緊輪調(diào)節(jié)與輔助行走輪距離，適應(yīng)輸電線的直徑

4、，保證夾緊輪和輔助行走輪剛好夾緊輸電線，防止巡檢機(jī)器人從線上掉落。巡檢機(jī)器人可以用單臂或雙臂懸掛控制箱在輸電線上平穩(wěn)行走完成線上巡檢作業(yè)任務(wù)。利用巡檢機(jī)器人執(zhí)行巡檢任務(wù)時，將機(jī)器人的行走輪懸掛在輸電線上，夾緊輪與行走輪配合夾緊輸電線，機(jī)器人在行走電機(jī)的驅(qū)動下在線上行走，控制夾緊電機(jī)的夾緊力可調(diào)節(jié)行走輪與輸電線間的摩擦力，從而保證機(jī)器人在線上平穩(wěn)行走。兩個行走機(jī)械臂與第一連桿和第二連桿構(gòu)成平行四桿機(jī)構(gòu)，利用平行四邊形的變形適應(yīng)性，可以確保行走機(jī)構(gòu)能夠輕松跨越震動錘、間隔棒等障礙物。3巡檢機(jī)器人分析3.1水平行走分析將巡檢機(jī)器人三維模型另存為.x_t格式文件，直接導(dǎo)入到ADAMS虛擬環(huán)境中形成初步

5、的虛擬樣機(jī)模型，為模型添加運(yùn)動副約束以及運(yùn)動參數(shù)，構(gòu)成完整的虛擬樣機(jī)模型。為行走輪添加轉(zhuǎn)動速度為360°/s，設(shè)置仿真時間為5s，仿真步長為0.01s。3.2爬坡分析正常工作過程中，巡檢機(jī)器人需要具有一定的爬坡能力，以上坡行進(jìn)為例。圖中AB為高壓輸電線路，其與水平面所形成的角度記為∂，巡檢機(jī)器人正常工作時兩條機(jī)械臂始終保持豎直狀態(tài)掛線，圖中平行四邊形機(jī)構(gòu)CDEF在巡檢機(jī)器人行進(jìn)過程中，CD，EF邊始終與輸電線路保持平行，故EF邊與水平面所形成的角度為∂。以C，D，E，F(xiàn)四點為連接點所形成的平行四連桿機(jī)構(gòu)對角線ED與水平面所形成最大角度時巡檢機(jī)器人的爬坡能力最強(qiáng)。仿真結(jié)束后測量兩行走輪驅(qū)動力矩如圖7所示。從圖中可以看出5s時刻，行走機(jī)構(gòu)I開始爬坡，此時行走輪的驅(qū)動力矩也隨著增大，在9s左右行走機(jī)構(gòu)II開始爬坡，存在與行走機(jī)構(gòu)I相同的現(xiàn)象，此時需要的驅(qū)動力矩也增大。當(dāng)行走機(jī)構(gòu)完全與帶有傾斜角度的輸電線接觸時，需求的力矩也要比水平行走時大將近4倍。4結(jié)論本文設(shè)計了一種基于平行四連桿越障機(jī)構(gòu)的巡檢機(jī)器人，并通過ADAMS建立巡檢機(jī)器人的虛擬樣機(jī)模型，對機(jī)器人水平行走和爬坡運(yùn)動進(jìn)行了動力學(xué)仿真分析，仿真分析將為實際的控制和載荷能力分析提供參考。