针对输电线路巡检及维护的自动化需求,提出并设计了一种新型适用于带电线路的防振锤复位机器人,以期代替人工完成危险的高空作业任务。该机器人机构紧凑,左右对称,包括行走越障机构和复位作业机构。通过分析防振锤结构特征,创新采用仿人作业机理设计了复位作业机构,此机构对线路防振锤具有良好的适应性,相比传统复位工具采用的冲击和拖动作业方式,具有不损伤线路的优点。通过分析机器人爬坡能力,设计了轮爪夹持机构,以提高机器人的爬坡性能。介绍了机器人的工作原理,推导了机器人的运动学方程,开展了模拟实验,验证了新型防振锤复位机器人机构设计的可行性和有效性。

介绍了一种利用机械臂定位的外科手术辅助导航系统。该系统由数字化机械臂、头部定位装置、图像处理计算机及相关软件组成。借助于患者术前的CT图像数据，可以重建患部的三维模型。手术过程中，首先利用系统标定技术建立患者头部、手术器械和患部模型之间的关系模型，同时用数字化机械臂实时测出手术器械的空间位置，从而实现手术器械的位置与CT剖面图像的叠加显示，起到辅助外科手术的作用。在综述手术导航系统研究现状的基础上，给出了该系统的结构和原理，重点介绍了该系统的几个重要组成部分，包括空间定位、图像处理与显示、系统标定等，最后通过演示实验证明了系统的功能。

密封结构是保证爬壁机器人运行的核心部件,滚动密封作为一种新型密封方式,具有耐磨性好、负载大、壁面适应性强的特点,在爬壁机器人领域研究日益广泛。基于滚动密封机理,提出了典型工况下的滚动密封失效判据。通过密封机理分析确定了滚动密封结构的失效形式,对水平平动、竖直平动及转向三种典型工况下的具体失效形式进行分析,并采用动力学方法得到了关键设计参数与密封泄漏间的关系,由此提出滚动密封的失效判据。最后基于所提失效判据完成样机改进与实验,实验结果表明,改进设计提高了吸附稳定性,验证了密封失效判据的有效性与准确性。

为完成三峡大坝流道的缺陷检测,设计开发了一种滚动密封结构的履带式爬壁机器人。该机器人以柔性履带作为密封裙实现滚动密封,具备密封结构耐磨性好、通过性和壁面适应性强等特点,而长效稳定吸附是机器人设计的关键问题。基于动力学建模方法,提出了滑移参数等指标作为滚动密封爬壁机器人的稳定吸附条件,用于考察机器人运动状态下、特别是滑移转向状态下的吸附稳定性与运动准确性。通过讨论负压力在内的相关设计参数对机器人滑移与稳定吸附的影响,建立了关键设计参数与机器人吸附稳定性的联系。仿真与实验结果表明,所提的安全吸附条件能够作为开展爬壁机器人运动性能优化设计的理论依据,同时也为建立相应的控制模型提供了参考。

输电线路中架空地线断股故障严重地威胁输电线路安全,传统的人工修补需在高危环境下进行,工作强度高,风险大。一种输电线路架空地线断股补修机器人的断股捋回装置,用于架空地线断股机器人补修作业时将散落的断股捋回复位。断股补修机器人本体可以依据作业流程携带本装置及压接工具沿架空地线行走,当靠近地线断股故障后实现断股地捋回与压接。最后,通过试验验证了断股补修机器人补修机构的合理性,断股捋回装置设计的可行性与有效性。

在输电线路维护中,采用绝缘子检测机器人带电检测输电线路不良绝缘子的应用越来越广泛。基于轮腿式移动机构,针对500kV超高压交流输电线路悬垂绝缘子串的线路环境和绝缘子带电检测作业任务求,提出了一种悬垂绝缘子检测机器人机构,介绍了其运动原理并确定了机构的尺度参数。运动学分析指出了机器人在运动过程中存在速度冲击的问题,分析了产生速度冲击的原因,并通过合理的运动规划消除了速度冲击。仿真结果表明,运动规划后的机器人冲击减小,运动平稳。

针对月球探测器2-DOF全景相机转台的结构特点,设计了一种具有平行四边形结构的吊丝式低重力补偿装置。该装置由补偿操作臂、吊丝配重单元和力传感器单元组成。其中,补偿操作臂与全景相机转台对应关节同步运动,吊丝配重单元实现对全景相机转台各部分的重力补偿。首先对低重力补偿方案的平行四边形机构进行了构型证明,其后对补偿操作臂运动误差引起的重力补偿精度进行分析,最后利用Adams软件对低重力补偿装置模型进行仿真实验研究。实验结果表明该方法可以实现转台的低重力模拟。

根据输电线路环境特点和巡检任务需求，提出了一种新型的输电线巡检机器人机构。分析了巡检机器人的爬坡性能，并提出了改进措施和方式。建立了机器人准静态力学模型和行走轮接触力学模型。通过行走轮结构优化，提高驱动轮附着力；机器人移动过程的姿态规划，合理分配了双轮的负载，从而提升机器人的爬坡能力。进行了仿真分析和实验室试验，结果表明通过改进行走轮结构和合理规划机器人行走姿态能够改善机器人的移动性能，提高了机器人爬坡能力。