液压支架的位姿、直线度及其工作状态是评价综采工作面工程质量的重要指标,是保证无人工作面能够自动连续推进的关键。提出了用运动过程还原法来描述液压支架的6个自由度位姿,即3个位置自由度(u,v,w)和3个姿态自由度(θ,φ,ψ).基于该方法,设计了利用巡检机器人对液压支架位姿和直线度进行检测的模型,并重点对支架位姿检测过程中巡检机器人位姿的检测进行了研究。确定了激光发射装置及激光接收装置的结构及尺寸;分析了激光装置的结构模型,建立了装置坐标系,并根据激光接收装置上3个激光点的6个坐标值,推导出机器人6个自由度位姿的逆运动解算公式,实现了机器人位姿的运动过程还原;通过正运动解算和虚拟装置运动模拟两种方法验证了逆运动解算的正确性,为后续的液压支架位姿及直线度的检测研究奠定了基础。

基于隧道电缆的运行维护与日常管理工作带来的困难,针对目前已有的电缆隧道巡检机器人存在的缺陷,提出了一款基于单轨吊的新型电缆隧道巡检机器人设计方案。该方案使用1对导向轮、2对悬挂轮、1个齿轨驱动轮实现行走机构的设计,使用TSM57-36V-10步进电动机和整合式单板嵌入控制系统作为系统行走部的控制系统,步进电动机和齿轨驱动轮之间使用90°转向的1∶1齿轮连接器连接,实现速度最大为2.73 m/s、最小为0.04 m/s的行走控制。仿真结果表明,该系统可实现大部分行走状态的功能转化,且各行走状态的行走速度误差不超过±2.3%,但当系统在最大速度行走时,如果立即切换到逆向最大速度,系统可能出现较大的温度上升,对系统有一定的破坏作用并造成安全隐患。

针对大流量液压区域内重要设备的巡查、监控问题,设计了一种实用的、可代替人工巡检的防水抗冲击巡检机器人,具备自动导航、数据采集、无线通讯、故障处理及报警功能。论述了巡检机器人的组成及功能特点,利用该巡检机器人可实现对大流量液压区域内重要设备的无人巡检,解决了高危工况下人工巡检危险度高的难题,同时解放了劳动力。

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。