为提高无动力下坡能量回收效率,优化巡检机器人的性能指标,提出了一种能量回收最优原则的无动力下坡系统参数匹配方法。在建立无动力下坡系统理论模型的基础上,分析了系统重要参数对能量回收效率的影响。以满足最大速度、爬坡性能、回收总能量要求为前提,分别确定了电机的有效功率、减速器的减速比以及超级电容器容量的取值范围;以提高能量回收效率为目标对各个参数进行了优化选取。通过ADVISOR软件建立巡检机器人仿真模型,并对参数匹配结果进行了仿真分析。结果表明,在给定的下坡档段循环工况下,无动力下坡能量回收效率提高了7%。

针对高压输电线路走廊树枝与下相导线间距离过近可能导致短路跳闸等问题,研究设计了一款带电线路树枝修剪机器人,包括沿地线行走的移动机器人平台、绝缘绳卷扬升降及回转平台和末端作业平台。首先,根据作业空间分析提出了树枝修剪机器人的构型原理,并建立了三维模型。其次,针对绝缘组合臂在保证强度和刚度条件以及实际应用条件下利用遗传算法求得了质量最小的最优解,并利用ABAQUS对其进行了有限元应力应变分析及模态分析。最后,试验样机在220kV带电线路上进行了多次树枝修剪试验,试验结果表明,该样机满足220kV带电线路树枝修剪要求,验证了设计的合理性与实用性。

四旋翼飞行器的姿态控制是无人机稳定飞行的关键技术之一。针对复杂多变作业条件下飞行器参数会经常发生变化的问题,在典型控制方法的基础上提出一种自适应的智能控制方法。首先,根据牛顿欧拉定律推导出无人机在地理坐标系下的动力学模型,并对其中参数进行测量计算;然后基于三角形隶属度函数建立模糊控制器,作为外环自主切换的两种控制方式之一,并设置平滑切换过程;最后结合外环对姿态角的控制方法以及内环对角速度快速调整的PD控制方法,实现了无人机串级PID控制方法。仿真和实验结果表明,该系统能够有效控制四旋翼飞行器的飞行姿态。相比较其它算法,其具有更好的鲁棒性和姿态调节的快速性。提升了无人机在飞行过程中抵抗环境扰动和系统动态响应的能力,为四旋翼飞行器控制研究提供了重要的理论与实践基础。

为了准确对巡检机器人穿越预定杆塔所需要的能量进行SOC估计,通过分析线路工况和实验数据,建立巡检机器人能耗模型。考虑到巡检机器人从起始杆塔到预定杆塔之间的累计误差会逐渐增大,导致抵达预定杆塔时无法对巡检机器人锂电池SOC准确估计。因此,结合巡检机器人能耗状态方程和锂电池量测模型,并采用扩展卡尔曼滤波的方法对巡检机器人锂电池SOC能耗的理论值进行迭代,同时,也引入次优渐消因子降低不确定参数的误差,提高SOC估计精度,且SOC估计误差均在1.7%以下。

为实现巡检机器人与太阳能充电基站充电座的准确可靠对接,提出了一套压紧轮碰检C型线夹粗定位以及基于模糊PID的精确定位、霍尔传感器及充电电流反馈对接状态的自主充电对接控制方法。粗定位确定充电座的位置及未安装充电头机械臂的位置;基于模糊PID的精确定位通过分析两机械臂之间距离与充电座与未安装充电头机械臂之间距离的关系,得到精确定位目标。为提高定位精度,首先采用卡尔曼滤波算法对倾角值进行平滑处理;其次,为了实现平稳运动,提出了sin速度曲线作为展臂电机速度控制的目标曲线;以实际位移与理论位移的偏差作为模糊PID系统的输入,控制展臂电机运动速度的输出,实现精确定位。实验表明,该自主充电对接方法高效、可靠、准确,能够满足自主充电对接的任务需求。

输电线路巡检机器人越障是巡检过程的重难点之一,针对此问题分析了巡检机器人跨越式通过障碍物时的运动规划,采用五次多项式对关节空间路径点进行插值生成运动轨迹,基于运动学和动力学建立了面向时间与能耗的越障优化模型,指出了机器人无碰避障的运动条件。为平衡全局搜索能力与局部搜索能力,避免算法陷入局部最优,通过自适应调整记忆项惯性权重,对传统粒子群算法进行改进,迭代寻优求解目标函数。仿真结果表明,该方法能有效平衡越障时间与能耗,规划轨迹满足机器人的无碰避障运动条件。

针对架空高压输电线路导线产生断股或散股等故障,从而产生线路安全运行问题,以500kV四分裂线路为例,着重进行了断股修补作业装置的构型研究,提出一种利用预绞丝护线条修补导线的断股修补机器人机构构型方案。依据预绞丝护线条修补工艺制定机器人作业规划,主要包括断股预处理与护线条安装作业。针对护线条安装作业,建立由作业装置、弹性护线条和柔性导线构成的仿真模型,通过作业仿真分析,得到系统的作业动态性能,验证断股修补作业的可行性。

为了提高基于点特征的SLAM算法的定位精度和鲁棒性,提出一种点线特征融合的快速单目视觉惯性SLAM算法。使用ELSED算法快速提取高质量的线特征,在非关键帧追踪时,基于连续帧之间微小运动的假设,实现连续图片间的快速线段匹配,且无需线段描述子。在插入新关键帧时,提取线段描述子来完成关键帧之间的线特征匹配,创造新的地图线。最后在公开数据集上进行实验,结果表明:ELSED算法在提取高质量线段的同时,耗时仅为LSD算法的13%;与传统利用线段描述子的匹配算法相比,此算法的时间效率提升了83%,并减少线段误匹配,提高系统定位精度,系统的平均跟踪帧率为33帧/s,保证了系统的实时性。

介绍了一种通过单片机W77E58对无线收发芯片nRF401进行智能控制的通用无线收发装王的设计方法，包括硬件电路和软件部分的实现方法，并培出了主要的CSI源代码。最后．进行了硬件电路的测试。开发的无线收发装置可以方便地嵌入各种带有串口的测量和控制系统中，实现无线数据的双向传输。

为了改进现有的人工辅助巡线机器人上下输电线方法存在的效率低、安全性差的缺点，针对实验室研制的穿越式巡线机器人，设计一套自动上下线装置，使其能够自动进出高压输电线，实现对线路的巡检。建立了吊篮的三维模型，通过ANSYS对其进行了静力学分析；介绍了引导导轨的结构，分析了机器人的结构参数对其影响；设计了自动上下线的驱动装置，对其钢丝绳的选型、卷筒的设计、电机的选型进行了分析。建立了原型样机，通过实验验证了结构的可靠性以及方案的可行性。