高压输电线路沿线地理环境复杂、线路长,经常穿越山河湖泊与密林,使得巡检难度大,耗费成本高。因此,针对110kV高压输电线路,设计了一种轻量化双臂巡线机器人,通过减少机器人整体自由度,减轻机器人自重,降低控制难度,从而使其更加稳定与节能。同时提出一种自主越障方式,能够跨越110kV输电线路上防振锤、跳线等障碍物。通过运用标准D-H法建立了巡线机器人的运动学模型,并在Robotic工具箱中对巡线机器人的越障过程进行建模仿真。通过仿真得到了越障过程中机器人越障臂各关节的运动参数曲线,验证了该巡线机器人连杆参数及越障步态设计的合理性。

严重的电力线覆冰会导致电线杆塔倾斜、倒塌等事故,给社会带来巨大的经济损失,因此对输电线路覆冰厚度进行测量、覆冰情况进行监测十分必要。本文针对传统单目视觉测量法中Hough直线检测易受背景影响,提出先对电力线覆冰区域分割,减小直线检测区域后再测量;而对于Hough直线检测的边缘直线不止两条的问题,提出用最小二乘法将多条直线拟合得到最终的一条覆冰电力线边缘;最后通过计算覆冰前与覆冰后的电力线尺寸差,得到覆冰的厚度。结果表明,该方法能够在背景复杂、对比度低、噪声多的图像中准确的检测出覆冰电力线的厚度。

在配电网系统中,有许多没有绝缘保护的架空裸露导线,很多地区存在架空裸露高压导线伤人的案例。为了解决裸露导线存在的安全隐患,提出了一种用于架空裸露导线的自动绝缘包裹机器人,由行走机构、进料机构、进料支撑机构、升降机构、扣合机构组成。扣合机构有效地扣合绝缘皮,进料机构适用绝缘皮的形状,行走机构适应不同线径并且有足够的驱动力和摩擦力。试验表明,包裹机器人的机械机构设计合理,效果理想,将有利于提高配电网的安全可靠性和供电服务水平。

针对现有电力铁塔攀爬机器人存在的结构复杂、稳定性差、越障能力不足等问题,这里设计了一种新型电力铁塔攀爬机器人并对其攀爬步态进行了分析。通过选取电力铁塔主材上的脚钉为夹持对象,采用机械电磁复合手爪夹持方式等创新性的方法,简化了攀爬机器人的结构,提高了夹持稳定性,解决了避障难题。然后使用Workbench对关键受力部件进行有限元分析并利用Robotics Toolbox对机器人的攀爬过程进行了建模仿真,仿真结果表明攀爬机器人机械结构及攀爬步态设计合理,验证了新型电力铁塔攀爬机器人在实际工作环境中应用的可行性。

架空线路机器人自重影响机器人上线的难易程度及整体能耗。针对一种新型架空线路绝缘包覆机器人,采用拓扑优化与多目标优化组合实现机器人的轻量化设计。首先,介绍绝缘机器人的结构原理,提取影响机器人优化的相关因素。然后,建立关键部件的子结构拓扑模型,以灵敏度过滤后的二维分布结果作为多目标优化模型输入。其次,提出一种改进多目标粒子群算法,通过世代距离与非劣解间距评价了改进算法的优异性。最后,采用MATLAB-ANSYS耦合的改进多目标算法对整体模型进行模态频率与质量优化,其Pareto最优解表明优化后机器人的固有频率提高了16.5Hz,重量减少了40.2%。

通过对输电线路角钢塔攀爬机器人的攀爬环境分析,研制了一种输电线路角钢塔攀爬机器人。该机器人整体结构包括上下臂和上下部手爪,其结构简单,能提高机器人的可靠性和工作效率;手爪采用一种电磁吸附与二自由度冗余机械爪的复合结构,以保证夹持的快速性和可靠性,重点介绍了电磁吸附手爪的分析和设计过程。在此基础上,分析了输电线路角钢塔攀爬机器人的攀爬步态和越障步态,验证了机器人步态的合理性。该机器人可以代替工人攀爬输电线路角钢塔,降低了电力工人的工作风险,提高了工作效率,具有实用和推广价值。