超高压带电清扫机器人控制系统设计与研究

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1、上海交通大学硕士学位论文超高压带电清扫机器人控制系统设计与研究姓名：孔祚申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：杨汝清20081201摘要超高压带电清扫机器人控制系统设计与研究摘要我国西北地区多风沙、少阴雨，绝缘瓷瓶容易积累污垢，从而发生“污闪”事件，严重影响电力系统的安全运行。因而必须对变电站内的绝缘磁瓶进行定期清扫，以避免“污闪”事件的发生。在国家863项目的资助下，课题组从2002年开始研制带电清扫机器人，经过长期的努力，机器人的研制取得初步成效，解决了很多技术难题，制作出第一代样机(HVCR-Ⅰ)并成

2、功地在兰州某220/330kV变电所进行了现场带电清扫试验。在第一代样机研制基础上，课题组又研制了第二代超高压带电清扫作业机器人(HVCR-Ⅱ)。第二代样机较第一代结构有了很大的改变，性能也有了很大提高。本论文主要阐述了第二代样机的控制系统及功能设计，并对系统的主要机构—作业平台的控制进行了设计和研究，最后介绍了关于机器人使用性能的一些相关试验。文中首先介绍了超高压带电清扫机器人的系统结构组成，包括机械机构和液压系统，以及功能设计要求；然后根据功能设计要求，设计了系统的控制系统。系统采用了上下位机交互式控制系统，下

3、位机的主要功能是控制功能的实现，上位机的主要功能是对下位机进行监控。文中详细论述了下位机PLC控制系统的设计，包括硬件的选型与组建，机器人移动、作业、调平等各个控制功能的实现及相关问题研究；然后本文论述了引入上位机控制系统的主要作用，详细阐述了以S12单片机为核心的上位机控制的系统的组成，外围器件的设计和功能实现；讨论了上下位机的通讯和控制功能的实现。作业平台是系统的主要功能部分，平台的升降机构采用了双层剪叉式升降机构和接力式驱动设计，大大提高了系统的绝缘性能，但平台运动速度稳定性较差。本文对升降平台的运动进行了详

4、细的分析研究，并利用PID和液压控制方法分别对上下层升降平台的运动进行控制，取得了良好的效果。同时本文对平台作业的主要功能—自动清扫功能进行了设计和实现，并且能够在样机上稳定运行。论文最后对机器人的各项性能进行了试验研究，包括高电压绝缘性能试验、清扫毛刷旋转测试、自动清扫试验以及平台自动调平试验。关键词：PLC控制系统，四轮转向，S12单片机，无线通讯，运动控制，自动清扫IAbstractDESIGNANDRESEARCHOFCONROLSYSTEMFORHIGH-VOLTAGEHOT-LINECLEANINGRO

5、BOTABSTRACTIt’spoorinrainbutrichinsandandwindinnorthwesternChina,taperinsulatoriseasydirtunderthiscircumstance.Itwillcause"PollutionFlashover"accident,whichhugelyhandicapsthesafeoperationofthepowersystem.Soitisnecessarytoclearnthetaperinsulatortoavoidtheaccide

6、nt.SponsoredbyChinaNationalHi-techR&DProgram(863Program),theresearchinstituteofroboticsfromShanghaiJiaoTongUniversitybecametodoresearchaboutthehigh-voltagehot-linecleaningrobot.Afteragreatofefforts,theresearchattainedsomeeffects,slovedlotsoftechnicalproblemsan

7、dsudevelopedthehigh-voltagehot-linecleaningrobot(HVCR-Ⅰ)whichistestsuccessfullyinoneof220/330kVSubstationinLanzhou.Afterthat,WedevelopedthesecondgenerationofHVCR(HVCR-Ⅱ).HVCR-ⅡhasagreatchangeinstructcomparetoHVCR-Ⅰ,sodidthePerformance.Thispapermainlydiscussest

8、hecontrolsystemandfunctiondesignofHVCR-Ⅱ,andalsodosomedesignandresearchtothecontrolsystemoftheworkplatformwhichisthemainstructoftherobot.Atlastthepaperintroducedsomeexperimentswhic