目前工业场景巡检机器人的控制系统大都基于ROS框架。虽然该框架具有很大的开发便利性,但其在运行过程中还是有很大的局限性:通信中断无法重连、低可用性、平台环境强依赖、网络要求高等。提出一种基于ZMQ通信机制的分布式机器人控制系统,通信组件使用ZMQ网络库,并运用分布式思想构建多个机器人业务系统的节点,达到高可用的机器人控制系统。实验结果表明:相比于ROS系统方式,基于ZMQ通信的分布式架构的脱机控制系统具有稳定可靠、网络可重连机制、基本无第三方库依赖等优点,解决了开发、部署使用过程中的问题,可以有效提高巡检机器人的可靠性与稳定性。

目前工业场景巡检机器人的巡检点设置是人员手动设置的。考虑到现场环境复杂,通常巡检点的数量庞大,设置任务耗费大量人力和时间,且一旦巡检点的设备改变,还得人工增加或删除巡检点,提出基于自动视觉扫描生成巡检任务的机器人巡检方法,利用机器人扫描环境的视频流,将所有图片送入到YOLOv4目标检测网络进行解析和筛选,并运用SIFT匹配方式去掉重复目标,可以自动生成复杂现场设备的巡检点。在隧道电缆的机器人巡检项目中应用此方法,相比于人工设置方式,提高效率90%以上。

针对现有巡检机器人自动上下线系统作业风险高、无保护装置的特点,提出了一种巡检机器人自动上下线系统的制动装置,使自动上下线系统运行更加安全。设计了制动装置的三维模型,分析了制动装置的制动过程。建立制动装置的静力学模型,求解制动装置的制动稳定状态。使用ADAMS软件仿真制动装置制动过程中的动态特性,求解制动装置的制动时间与制动距离,证明了制动装置设计的合理性。通过现场实验,验证了该制动装置在机器人自动上下线过程中具有良好的可靠性与更高的安全性,具有工程应用和推广价值。

针对550 kV架空输电线路巡检机器人在运行过程中对线上金具识别不稳定及自主越障效率低等问题,基于多传感器信息融合的方法,结合机器人在线越障过程的特点,提出了一种基于多传感器信息融合自主越障方法与策略,并进行了在线自主越障实验。结果表明:以巡线机器人为平台,基于多传感器信息融合的机器人自主越障策略是可行的,提高了机器人越障运动的准确性和灵活性,保证机器人安全可靠的运行。

随着国家电网的发展,高压输电线路的人工巡检任务日趋繁重,因此利用智能机器人技术代替传统的巡检方法已经是国内外研究的热点。结合目前国内外巡检机器人的研究现状,对其机械结构研究现状进行了分析,并归纳了其类型以及行走机构、越障机构的结构特征,提出了电力巡检机器人的发展趋势。

应用机器人替代人工实现架空输电线路的精益化管理,对解决线路运维结构性缺员造成的影响具有十分重要的意义。针对目前巡检机器人存在的线路改造工作量大、巡检效率低、智能化程度低等问题,提出一种三臂抱臂式巡检机器人及与之匹配的悬挂式过桥装置设计方法,包括整体设计、结构设计、控制系统、感知系统等。对机器人关键结构和悬挂式过桥装置进行了仿真分析,验证了机器人结构设计的合理性和悬挂式过桥装置的可行性。样机测试结果表明该机器人仅需在耐张塔处搭建过桥设施,即可实现全线连续可靠自主巡检。

多臂式输电线巡检机器人需具备跨越线路上组合障碍的能力。归纳总结了500kV架空地线上典型障碍及其组合类型。提出一种新型五手臂四单元串联机器人机构,每个单元机构由两个柔索驱动的平行四边形机构串联组成,采用蠕动式越障方案。分析组合障碍环境对机器人参数的影响约束后,以机器人机构悬挂尺寸最小,方便运输携带,整体尺寸最小为目标进行多目标优化计算,得出机构参数。机器人工作空间及越障流程分析证明机器人能够跨越典型的障碍组合,具备适应500kV架空地线障碍环境的能力。

薄煤层综采工作面空间狭窄,环境恶劣,针对薄煤层综采工作面地形环境,设计了一种四摇臂结构的履带式巡检机器人辅助工人完成日常检修工作。由达朗伯原理和牛顿—欧拉方程,建立了机器人在越障前和越障爬升过程中的动力学模型,分析得到了不同地面摩擦系数和前摇臂倾角对主驱动电机输出力矩的影响规律,该规律可为该结构的机器人越障前的前摇臂倾角动作规划提供参考,同时为驱动电机的合理选型提供理论依据,有利于提高巡检机器人的越障性能。

利用计算机虚拟环境,将复杂的巡检机器人研发模型真实地展现在设计者面前,并提供与实际情况十分接近的运动学仿真测试。使用软件可以真实地展示产品研发过程中每个环境遇到的问题,并能及时的提出解决方案,缩短产品的研发周期和生产成本,为部门的管理和决策提供了定量的分析依据。

设计了一种可对室内电气设备进行自动巡视的机器人。通过对变配电室内现场情况的实际情况调查,提出对电气柜相关仪表进行拍照取样和对柜体接触检测的方案。将机器人分成移动平台(AGV小车)、控制系统(工业平板、PLC、相关传感器等)、主体机械结构(小摆臂结构,大摆臂结构和主升降架)。通过控制移动平台移动到固定的检测点,主体机械结构进行升降及旋转,工业照相机拍照,相关传感器检测。从试用情况看,巡检机器人完成了研制要求,实现了巡检自动化。