寻线搬运机器人模型及其控制系统设计

《寻线搬运机器人模型及其控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、引言轮式移动机器人是机器人研究领域的一项重要内容.它集机械、电子、检测技术与智能控制于一体。在各种移动机构中，轮式移动机构最为常见。轮式移动机构之所以得到广泛的应用。主要是因为容易控制其移动速度和移动方向。因此.有必要研制一套完整的轮式机器人系统。并进行相应的运动规划和控制算法研究。随着微电子技术的不断发展，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器、a/d转换器、d/a转换器等多种电路，这就很容易将计算机技术与测量控制技术结合

2、，组成智能化测量控制系统。这种技术促使机器人技术也有了突飞猛进的发展,目前人们已经完全可以设计并制造出具有某些特殊功能的简易智能机器人。笔者设计和开发了基于51型单片机的自动巡线轮式机器人控制系统。1绪论1.1移动机器人概述自动引导机器人技术可用于无人驾驶汽车，电力、无人工厂、仓库及服务机器人等领域。本文结合机器人的产生和发展状况，在讨论电力线巡检常用设备和方法的基础上,分析了国内外巡线机器人、研究及应用现状。结合作者进行的具体研究工作讨论了巡线机器人的一般结构、控制方案，并提出了两臂机器人的故障探测、行为规划方案

3、。两院院士宋健曾说过：“机器人学的进步和应用是本世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化”o科学的进步与技术的创新，为机器人的研究与应用开辟了广阔的思路与空间。1.1.1巡线机器人的发展(1)国外巡线机器人的发展移动机器人技术的发展为架空电力线路巡检提供了新的技术平台。20世纪80年代，国际上开始研制高压输电线路巡线机器人。早期口本、美国和加拿大等国相继开发了不同用途的巡线机器人，并取得了较大的进展，尤其是可在两个杆塔Z间巡检的机器人技术较为成熟，有些已达到产品化的程度。1988年Sowdch等人首先

4、研制了具有初步自主越障能力的光纤复合架空地线巡检移动机器人，该机器人依靠内嵌的输电线路结构参数进行运动行为的规划。当遇到杆塔时，该机器人利用自身携带的导轨从杆塔侧面滑过，如图1,因为没有安装外部环境感知传感器，因而适应性较差。而且导轨约100kg,机器人自身过重，对电池供电有更高要求。图1-1光纤架空地线巡检机器人美国TRC公司1989年研制了一台悬臂自治巡检机器人模型，能沿架空导线进行较长距离的行走，可进行电晕损耗、绝缘子、结合点、压接头等视觉检查任务，并将探测到的线路故障参数进行预处理后传送给地面人员，如图2。

5、然而仅在两个杆塔Z间爬行的巡线机器人已远远不能满足实际线路巡检工作的要求，输电线路不仅存在着支撑杆塔，而且还存在着多种线路附件构成的障碍物，如防震锤、悬垂线夹、耐张线夹和绝缘子等。因此具有越障功能的巡线机器人成为该领域研究的重点。图1-2TRC公司的悬臂机器人由口本Saito公司生产的输电线路损伤探测器也采用了单体小车结构（图1-3所示），能在地面操作人员的遥控下，沿输电线路行走，利用车载探测仪探测线路损伤程度及准确位置，将获取的数据和图片资料存储在数据记录器中。地面工作人员可回放复查，进一步确定损伤情况。加拿大魁

6、北克水电研究院的SergeMontambault等人2000年开始了HQLineROVer控小车的研制工作。遥控小车起初用于清除电力传输线地线上的积冰，逐渐发展为用于线路巡检、维护等多用途移动平台。该移动小车驱动力大，能爬上52。的斜坡，通信距离可达1E。小车采用灵活的模块化结构，安装不同的工作头即可完成架空线视觉和红外检查、压接头状态评估、导线清污和除冰等带电作业。但是,IIQLineROVer无越障能力，只能在两线塔间的输电线路上工作。图1-3Sato公司的探伤机器人此外，口本的IlideoNakamura等研

7、制了蛇形运动机器人。泰国Pcungsungwal等人2001年设计的自给电巡线机器人，采用电流互感器从爬行的输电线路上获取感应电流作为机器人的工作电源，从而解决了巡线机器人长时间驱动的动力问题。（2）国内巡线机器人的发展现状90年代末，国内的一些研究机构和高等学校开始巡线机器人的研究工作，并已经研制多种机构的巡线机器人样机。武汉大学和山东大学在这方而的研究起步最早。在“十五”国家高新技术发展计划（863计划）的支持下，武汉大学和屮科院自动化所、屮科院沈阳自动化所等同时开展了对巡线机器人的研制工作。1998年武汉水利

8、电力大学的吴功平教授研制出了架空高压线路巡线小车，小车釆用单体三驱动轮结构，具有稳定的行走功能和越障功能，能顺利越过绝缘子、防振锤、悬垂线夹等主要障碍物，并利用携带的近距离红外故障诊断仪完成线路的诊断。巡线小车的行走、越障通过人工遥控加机械控制器來实现。目前，该研究组正在进行智能化程度较高、越障能力强的白治巡线机器人的研制工作。在863计划的支持下，与汉阳供