vc电力铁塔攀爬机器人夹持机构设计与分析.doc
《vc电力铁塔攀爬机器人夹持机构设计与分析.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《vc电力铁塔攀爬机器人夹持机构设计与分析.doc(6页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、电力铁塔攀爬机器人夹持机构设计与分析陆小龙,赵世平基金项目:四川省科技厅资助项目(2008GZ0156)作者简介:陆小龙(1982-),男,博士生. 研究方向:智能机器人技术及应用*通讯联系人,廖俊必,曹志华(四川大学制造科学与工程学院, 四川成都, 610065)摘要:根据对电力铁塔攀爬机器人夹持机构的运动和受力分析,提出并设计了一种新型双V字夹持机构,其夹持爪V形槽角度固定,大小可变,双爪联动可从多个方向对不同规格角钢夹持。建立了机构CAD模型及数学模型,并对夹持力进行了动力学仿真。实验室样机试验,结果验证了这种夹持机构能够从多个方向对宽度从80-220mm不同规格的角钢进行可靠夹持,为攀
2、爬机器人在电力铁塔移动提供可靠的夹持力。关键词:电力铁塔;攀爬机器人;夹持机构;双V字形中图分类号:Design and Analysis of Clamping Mechanism for Power Tower Climbing Robot LU Xiao-long, ZHAO Shi-ping*, LIAO Jun-bi, CAO Zhi-hua (School of Manufacturing Science and Engineering, University of Sichuan, Chengdu, P. R. China, 610065)Abstract: In order t
3、o fix a Power tower climbing robot on a tower reliably, a novel double -V-clamper is proposed in the paper. The gripping claw has an angle fixed V-groove and a variable length, so that it is possible to clamp angle bars with various specifications in different directions. The CAD and mathematical mo
4、del of the clamping mechanism were suggested and the clamping force was simulated. Furthermore,Prototype experiments were made in laboratory. The results show that the gripper can grasp angle bars firmly and reliably which widths vary from 80 to 220 mm in several directions, for the three-dimensiona
5、l movement of the power tower climbing robots. Key words: power tower; climbing robot; clamping mechanism; double V-shaped高压输电线路是电力传输的主要载体,其安全运行越来越受到各级部门的重视。作为输电线路的主要组成部分,电力铁塔长期暴露在空气中,受风吹雨淋、粉尘污染等影响,绝缘子的闪络事故频繁。据不完全统计,由污秽引起的绝缘闪络事故目前在电网事故总数中占第二位1。定期清扫绝缘子是最基本、最有效的防污闪方法。传统的人工清扫方法劳动强度大,安全性和清扫效果得不到保证。采用机器人
6、代替人工清扫不仅能减轻工人的劳动强度、降低触电和高空坠落的危险,而且可以在不影响供电的情况下进行带电作业,效率高、清扫一致性好、可靠性高,具有广泛的应用前景。攀爬机器人是移动机器人领域的一个重要研究分支,也是当前机器人领域研究的热点之一。它把地面移动机器人技术与吸附技术有机结合起来,可以在垂直壁面上附着爬行,并能够携带工具完成一定的作业任务。近年来,国内外的研究者对攀爬机器人进行了大量研究,但目前尚无专门针对输电线路铁塔绝缘子清扫的攀爬机器人,仅有相关类似爬升的机构:M .Tavakoli等提出的四自由度爬杆机器人23可以轻松爬越管道节点,沿折弯为任意角度的圆柱杆爬行;麻省理工大学Daniel
7、a Rus教授研制的Shady3D桁架攀爬机器人4,通过自重构可以完成在由细长方形截面杆构成的三维桁架空间移动;C.Balaguer教授设计的六自由度两臂关节式机器人ROMA ,可以携带必要的设备对由矩形或工字形截面构成的桁架桥梁进行无损检测5,但该机器人自重达75公斤,不适用于电力铁塔绝缘子清扫工作;哈尔滨工业大学吴伟国教授提出的小型双臂关节式桁架攀爬机器人,体积小、结构紧凑,可以在由圆柱杆构成的空间桁架中移动6。这几类攀爬机器人所采用的夹持机构只能用于特定的环境。电力铁塔是由不同规格角钢经电焊或螺栓连接而成的复杂空间桁架结构。国内外已有的攀爬夹持机构均不能可靠夹持角钢,不适用电力铁塔攀爬。
8、本文针对电力铁塔的结构环境,根据电力铁塔攀爬机器人的设计要求,提出并设计了一种能够从多个方向对不同规格的角钢实现可靠夹持的机器人夹持机构,并对其进行了实验验证。1. 机器人主体结构1.1 应用环境与要求1.绝缘子 2.横担 3. 外包角钢4. 斜材 5. 节点板 6.主材图1 攀爬铁塔Fig.1. The tower to climb如图1所示,电力铁塔是用角钢电焊或螺栓连接而成的框架结构,一般由四根主角钢(主材)组成正方形断面或矩形断面。主角钢由角钢材料制成的水平材或斜材连接。斜材与主材采用螺栓直接连接(当斜材受力较小时)或外加节点板连接。主材与主材采用外包角钢直接对接或外加角钢加衬底连接。
9、横担与塔身主要采用外加节点板连接。铁塔所用角钢规格繁多,从塔基到塔顶,主材所用角钢宽度在22080mm之间。机器人攀爬的主要障碍包括主材与主材连接处的外包角钢及螺栓,斜材与主材连接处的节点板,以及斜材与主材直接连接处的斜材垂直边。图2 攀爬机器人CAD模型Fig.2. CAD model of the climbing robot本项目的目标是研制一种能够携带绝缘子清扫工具或其它设备,沿铁塔主材从塔基爬到塔顶完成相应检修任务的攀爬机器人。该机器人必须能够越过螺栓、外包角钢、节点板等障碍,夹持不同规格角钢,沿主材上下移动,同时要具有很强的负载能力以携带必要的设备,完成相应的检修任务。1.2 机器
10、人基本结构与地面移动机器人不同,攀爬机器人在移动过程中必须克服自身重力影响。在满足实现基本功能的前提下,机器人结构应尽可能简单,以减轻自身重量。设计中,既要像移动机器人一样考虑移动方式,也要针对工作任务和环境选取吸附方式。针对电力铁塔攀爬机器人的攀爬环境及技术要求,参考攀爬机器人常用的几种吸附方式7,我们提出了如图2所示的机器人基本结构设计方案。机器人主要由左右滑块构成的主体和两个独立的机械夹持机构组成。左滑块与导向杆固连,右滑块与滚珠丝杆副固连。在电机的驱动下,左右滑块沿导向杆相对移动,实现机器人沿X轴的伸缩运动。两个独立的机械夹持机构可以沿固连在左右滑块上的矩形导轨沿Z轴上下移动,以便跨越
11、障碍。攀爬过程中前后两个夹持机构交替松开、夹紧,主体作伸缩运动,从而实现机器人沿铁塔主材的上下移动。为确保机器人可靠地在铁塔主材上移动,并具有较高的负载能力,重点和难点是夹持机构的设计。2. 机械夹持机构研究2.1 机构模型机器人在沿铁塔主材上下攀爬的过程中,多数情况下只有一个夹持爪夹持角钢。因此,一方面要通过结构优化,降低机器人的自重,另一方面,夹持机构要能提供足够大的夹持力,以确保机器人运动中不会跌落或滑移。本文提出的攀爬机器人夹持机构如图3 所示,主要由结构相同的左右V形手爪、中间体和连接支座三部分组成。与传统的双V字夹持爪不同,该机构左右手爪V形槽角度固定,大小可变。每个手爪由两个斜面
12、角相等的斜楔组成,其中一个与手爪基座固连,称为定指;另一个称为动指与导轨运动件固连,导轨运动件又与螺母固连,在丝杆螺母的带动下可以沿矩形导轨上下移动。当动指相对定指上下移动时,动指的斜面可视为沿竖直方向平移,由平面几何中平行线的性质:两直线平行同位角相等理论可知,动指与定指斜面夹角始终保持不变,因此可以将该手爪看成是一个夹角固定,形状可变的V形爪。左右手爪对称分布于中间体两侧,导向杆与滚珠丝杆平行并与中间体和左右电机支座固连,手爪基座嵌有螺母,在手爪夹紧电机的驱动下,两手爪沿导向杆相对中间体移动,通过手爪的伸缩和开、合动作可以对如图4(a)、(b)、(c)、(d)四种安装形式的角钢可靠夹持,而
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- vc 电力 铁塔 攀爬 机器人 夹持 机构 设计 分析
链接地址:https://www.31doc.com/p-2137736.html