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中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 本科畢業(yè)論文外文資料翻譯 系 別： 工程技術(shù)系 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 姓 名： 李佰君 學(xué) 號： 05208338 2012 年 5 月 1 日 外文資料翻譯譯文 現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械手 機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化裝置，它綜合運(yùn)用了機(jī)械與精密機(jī)械、微電子與計算機(jī)、自動控制與驅(qū)動、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展和各行各業(yè)對自動化程度要求的提高，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品。現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人是人類真正的奇跡工程。一個像人那么大的機(jī)器人可以輕松地抬起超過一百磅并可以在誤差0.006英寸內(nèi)重復(fù)運(yùn)動。更重要的是這些機(jī)器人可以每天24小時不停止地工作。在許多應(yīng)用中他們是通過編程控制的，但是他們一旦編程一次，他們可以重復(fù)地做同一個工作許多年。機(jī)器人產(chǎn)品的實用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實際問題，又促進(jìn)了工業(yè)自動化的進(jìn)程。 目前，由于機(jī)器人的研制和開發(fā)涉及多方面的技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此，研制經(jīng)濟(jì)型、實用化、高可靠性機(jī)器人系統(tǒng)具有廣泛的社會現(xiàn)實意義和經(jīng)濟(jì)價值。由于我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市化的快速發(fā)展，城市污染排水放量增長很快，污水處理已經(jīng)擺在了人們的議事日程上來。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類知識水平的提高，人們越來越認(rèn)識到污水處理的重要性和迫切性，科學(xué)家和研究人員發(fā)現(xiàn)塑料制品在水中時用于污水處理的很有效地污泥菌群的附著體。塑料制品的大量需求，使得塑料制品生產(chǎn)的自動化和高效率要求成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。本文結(jié)合塑料一次擠出成型機(jī)和塑料抓取機(jī)械手的研制過程中出現(xiàn)的問題，綜述近幾年機(jī)器人技術(shù)研究和發(fā)展的狀況，在從分發(fā)揮機(jī)、電、軟、硬件各自特點(diǎn)和優(yōu)勢互補(bǔ)的基礎(chǔ)上，對物料抓取機(jī)械手整體機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、驅(qū)動裝置和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析和設(shè)計，提出了一套經(jīng)濟(jì)型設(shè)計方案。采用直角坐標(biāo)和關(guān)節(jié)坐標(biāo)相結(jié)合的框架式機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，這種方式能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和操作靈活性。傳動裝置的作用是將驅(qū)動元件的動力傳遞給機(jī)器人機(jī)械手相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以實現(xiàn)各種必要的運(yùn)動，傳動方式上采用結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比答得蝸輪蝸桿傳動和將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的螺旋傳動。機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計往往受到作業(yè)環(huán)境條件的限制，同時也要考慮價格因素的影響以及能夠達(dá)到的技術(shù)水平。由于步進(jìn)電機(jī)能都直接接收數(shù)字量，響應(yīng)速度快而且工作可靠并無累計誤差，常用作數(shù)字控制系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的動力元件，因此，在驅(qū)動裝置中采用由步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的環(huán)控制方式，這種方式技能滿足控制精度的要求，又能達(dá)到經(jīng)濟(jì)型、實用化目的。 目前的工業(yè)機(jī)械臂控制將每一個機(jī)械臂的聯(lián)合看做一個簡單的聯(lián)合伺服。伺服方法不能從分地模仿不同的動力學(xué)機(jī)械手，因為它忽略了機(jī)械手整體的運(yùn)動和配置。這些控制系統(tǒng)的參數(shù)的變化有時是足夠重要，以至于使常規(guī)的反饋控制方法失效。其結(jié)果是減少了伺服相應(yīng)的速度和阻尼，限制了京都和最終效應(yīng)的速度，使系統(tǒng)僅適用于有限精度的工作。機(jī)械手以這種方式控制速度降低而沒有不必要的震動。任何在這一領(lǐng)域和其它領(lǐng)域的機(jī)械臂性能增益要求更有效率的動態(tài)模型、精密的控制方法、專門的計算機(jī)架構(gòu)和并行處理技術(shù)。 在工業(yè)生產(chǎn)和其它領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強(qiáng)度，甚至于危及生命。自從機(jī)械手問世以來，相應(yīng)的各種難題迎刃而解。機(jī)械手可在空間抓、放、搬運(yùn)物體，動作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動線。機(jī)械手一般由耐高溫，抗腐蝕的材料制成，以適應(yīng)現(xiàn)場惡劣環(huán)境，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了工作效率。機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人集機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體化的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義。 外文原文 ABOUT MODERN INDUSTRIAL MANIPULATOR Robot is a type of mechantronics equipment which synthesizes the last research achievement of engine and precision engine, micro-electronics and computer, automation control and drive, sensor and message dispose and artificial intelligence and so on. With the development of economic and the demand for automation control, robot technology is developed quickly and all types of the robots products are come into being. The practicality use of robot not only solves the problems which are difficult to operate for human being, but also advances the industrial automation program. Modern industrial robots are true marvels of engineering. A robot the size of a person can easily carry a load over one hundred pounds and move it very quickly with a repeatability of 0.006inches. Furthermore these robots can do that 24hours a day for years on end with no failures whatsoever. Though they are reprogrammable, in many applications they are programmed once and then repeat that exact same task for years. At present, the research and development of robot involves several kinds of technology and the robot system configuration is so complex that the cost at large is high which to a certain extent limit the robot abroad use. To development economic practicality and high reliability robot system will be value to robot social application and economy development. With he rapid progress with the control economy and expanding of the modern cities, the let of sewage is increasing quickly; with the development of modern technology and the enhancement of consciousness about environment reserve, more and more people realized the importance and urgent of sewage disposal. Active bacteria method is an effective technique for sewage disposal. The abundance requirement for lacunaris plastic makes it is a consequent for plastic producing with automation and high productivity. Therefore, it is very necessary to design a manipulator that can automatically fulfill the plastic holding. With the analysis of the problems in the design of the plastic holding manipulator and synthesizing the robot research and development condition in recent years, a economic scheme is concluded on the basis of the analysis of mechanical configuration, transform system, drive device and control system and guided by the idea of the characteristic and complex of mechanical configuration, electronic, software and hardware. In this article, the mechanical configuration combines the character of direction coordinate which can improve the stability and operation flexibility of the system. The main function of the transmission mechanism is to transmit power to implement department and complete the necessary movement. In this transmission structure, the screw transmission mechanism transmits the rotary motion into linear motion. Worm gear can give vary transmission ratio. Both of the transmission mechanisms have a characteristic of compact structure. The design of drive system often is limited by the environment condition and the factor of cost and technical lever. The step motor can receive digital signal directly and has the ability to response outer environment immediately and has no accumulation error, which often is used in driving system. In this driving system, open-loop control system is composed of stepping motor, which can satisfy the demand not only for control precision but also for the target of economic and practicality. On this basis, the analysis of stepping motor in power calculating and style selecting is also given. The analysis of kinematics and dynamics for object holding manipulator is given in completing the design of mechanical structure and drive system. Current industrial approaches to robot arm control treat each joint of the robot arm as a simple joint servomechanism. The servomechanism approach models the varying dynamics of a manipulator inadequately because it neglects the motion and configuration of the whole arm mechanism. These changes in the parameters of the controlled system sometimes are significant enough to render conventional feedback control strategies ineffective. The result is reduced servo response speed and damping, limiting the precision and speed of the end-effecter and making it appropriate only for limited-precision tasks. Manipulators controlled in this manner move at slow speeds with unnecessary vibrations. Any significant performance gain in this and other areas of robot arm control require the consideration of more efficient dynamic models, sophisticated control approaches, and the use of dedicated computer architectures and parallel processing techniques. In the industrial production and other fields, people often endangered by such factors as high temperature, corrode, poisonous gas and so forth at work, which have increased labor intensity and even jeopardized the life sometimes. The corresponding problems are solved since the robot arm comes out. The arms can catch, put and carry objects, and its movements are flexible and diversified. It applies to medium and small-scale automated production in which production varieties can be switched. And it is widely used on soft automatic line. The robot arms are generally made by withstand high temperatures, resist corrosion of materials to adapt to the harsh environment. So they reduced the labor intensity of the workers significantly and raised work efficiency. The robot arm is an important component of industrial robot, and it can be called industrial robots on many occasions. Industrial robot is set machinery, electronics, control, computers, sensors, artificial intelligence and other advanced technologies in the integration of multidisciplinary important modern manufacturing equipment. Widely using industrial robots, not only can improve product quality and production, but also is of great significance for physical security protection, improvement of the environment for labor, reducing labor intensity, improvement of labor productivity, raw material consumption savings and lowering production costs. There are such mechanical components as ball footbridge, slides, air control mechanical hand and so on in the design. A programmable controller, a programming device, stepping motors, stepping motors drives, direct current motors, sensors, switch power supply, an electromagnetism valve and control desk are used in electrical connection. 6 除冰機(jī)器人的設(shè)計 摘 要 如今對輸電線路實施除冰是防止冰災(zāi)的有效途徑，如何具體的除冰方法則應(yīng)用了除 冰機(jī)器人，除冰機(jī)器人造價低，工作效率高，安全可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)在線除冰作業(yè)，不影 響電力的輸送，是一項很有發(fā)展前景的課題。目前機(jī)器人在高壓輸電線路上的應(yīng)用主要 是線路巡檢。而對線路除冰的應(yīng)用還鮮有研究。本文對除冰機(jī)器人本體設(shè)計、越障規(guī)劃。 主要研究內(nèi)容如下。首先，在分析了輸電線路結(jié)構(gòu)和除冰作業(yè)要求的基礎(chǔ)上，指出現(xiàn)有 巡線機(jī)器人結(jié)構(gòu)運(yùn)用到除冰作業(yè)中的缺陷，設(shè)計了一種除冰機(jī)器人本體機(jī)構(gòu)，并對其越 障的動作進(jìn)行了規(guī)劃。所選的減速器和電機(jī)仍能滿足要求，從而證明了除冰機(jī)器人的合 理性，為了保證電力系統(tǒng)的可靠性，提高高壓輸電線除冰的效率，減少損失，維護(hù)工人 的安全，開發(fā)一種可以替代或部分替代工人進(jìn)行除冰作業(yè)的新型設(shè)備一直是國內(nèi)外相關(guān) 研究的熱點(diǎn)。因此，研制安全有效的除冰機(jī)械以代替人進(jìn)行導(dǎo)線除冰具有較好的應(yīng)用前 景和實用意義。 關(guān)鍵詞：除冰機(jī)器人；機(jī)構(gòu)設(shè)計；電動機(jī)；越障規(guī)劃 Abstract Now on the transmission line icing is to prevent the implementation of ice disaster in an effective way, how specific deicing method is applied the deicing robot, deicing robot has the advantages of low cost, high work efficiency, safety and reliability, can realize online deicing operation, does not affect the transmission of electricity, is a promising subject. The current robot on HV power transmission lines is mainly applied to transmission line inspection. On line deicing application is little research. The deicing robot design, planning, negotiation dynamics analysis are studied. The main research contents are as follows. Firstly, on the analysis of the transmission line structure and deicing operation on the basis of the requirements of inspection robot for power transmission lines, design a kind of deicing robot body mechanism, and the obstacle of action planning. improve the high voltage transmission line deicing efficiency, reduce the loss, maintain the safety of workers, the development of a replacement or partial replacement workers were deicing operation of new equipment has been in the domestic and foreign related research. Therefore, the development of safe and effective deicing machine to replace the human to lead deicing and has better application prospect and practical significance Key words：Deicing robot; mechanism design; Motor; rigid-flexible coupling dynamics 目 錄 摘 要 .1 1 引言 .1 1.1 問題的提出及研究意義 .1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .1 1.3 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展史 .2 1.4 導(dǎo)線覆冰的原因 .3 2 高壓輸電線路的覆冰 .4 2.1 不規(guī)則覆冰和不同期脫冰 .4 2.2 除冰的方式方法 .4 2.3 輸電線路的抗冰 .5 3 除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu) .7 3.1 除冰機(jī)器人種類 .7 3.1.1 線纜除冰機(jī)器人 .7 3.1.2 可跨躍障礙多分裂機(jī)器人 .8 3.1.3 電力設(shè)施的微波除冰裝置 .9 3.2 前端多環(huán)銑刀 .9 3.2.1 成型銑刀的結(jié)構(gòu)參數(shù) .10 3.2.2 成型銑刀截面的計算 .13 3.3 機(jī)械升降平臺 .14 3.3.1 升降平臺的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式 .14 3.3.2 升降平臺零件設(shè)計 .15 3.4 電機(jī)的選擇 .17 3.4.1 升降步進(jìn)電機(jī) .17 3.4.2 回轉(zhuǎn)驅(qū)動電機(jī) .19 4 控制系統(tǒng)的設(shè)計 .21 4.1 機(jī)器人的控制系統(tǒng) .21 4.2 基于運(yùn)動卡的控制系統(tǒng)的建立 .22 4.2.1 總體方案的確定 .22 4.2.2 機(jī)器人控制工作原理 .23 4.3 軟件編程語言的特點(diǎn) .24 4.4 指令系統(tǒng) .24 4.5 運(yùn)動控制程序運(yùn)行過程的簡介 .25 參考文獻(xiàn) .26 致 謝 .27 1 引言 1.1 問題的提出及研究意義 現(xiàn)如今西南的很多地方出現(xiàn)了連續(xù)的低溫雨雪冰凍天氣，并且遭受了很嚴(yán)重的冰雪災(zāi)害。 國家減災(zāi)委員會專家已定性為：“西南地區(qū)發(fā)生的冰雪災(zāi)害，是世界上比較大面積、極 端性氣候事件，影響的地區(qū)人口之多是世界罕見的” 。冰災(zāi)造成中心的城區(qū)正值春節(jié)期間 停電、停水很多天，交通、通訊 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 題目 高壓線除冰機(jī)械人 系 別 工程技術(shù)系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 李佰君 學(xué) 號 05208338 指導(dǎo)教師 楊義勇 職 稱 教授 2012年 05月 01日 本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計誠信承諾書 畢業(yè) 設(shè)計題目 除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu)、控制設(shè)計 學(xué)生姓名 李佰君 專業(yè) 機(jī)制 學(xué)號 05208338 指導(dǎo)老師 楊義勇 職稱 教授 所在系別 工程技術(shù)系 誠信承諾 本人慎重承諾和聲明： 我承諾在畢業(yè)論文（設(shè)計）活動中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定，恪守學(xué)術(shù)規(guī)范，在本人的畢業(yè)論文中不剽竊、抄襲他人的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)、思想和成果，不篡改研究數(shù)據(jù)，如有違規(guī)行為發(fā)生，我愿承擔(dān)一切責(zé)任，接受學(xué)校的處理。 學(xué)生（簽名）： 年 月 日 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 學(xué)生姓名 李佰君 學(xué)號 05208338 班 級 08機(jī)制三班 指導(dǎo)教師 楊義勇 職稱 教授 單 位 中國地質(zhì)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu)、控制設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求： 第一：設(shè)計除冰機(jī)器人的整個形狀布局以及各個零部件的大小尺寸，材料，結(jié)構(gòu)。 第二：設(shè)計除冰機(jī)器人的控制系統(tǒng)。 第三：除冰機(jī)器人在線纜上行走的運(yùn)動形式和動力裝置。 第四：模擬除冰機(jī)器人的運(yùn)動仿真。 第五：除冰的機(jī)構(gòu)在不同的冰層使整體除冰的效果保證最好。 主要參考資料： [1] 王肖然. 供電線路快速除冰方案[J ]. 發(fā)明與創(chuàng)新, 2008年6月。. [2] 李海，張吉等 .架空高壓輸電線除冰機(jī)器人設(shè)計[J ]. 中國科技信息，2010年第19期。 [3] 王超，魏世明，廖啟征. 高壓輸電線上除冰機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計[J ].機(jī)械工程與自動化，2010 年2月。 [4] 繆思怡，孫煒，張海霞. 基于小波矩的高壓輸電線路除冰機(jī)器人障礙智能視覺識別方法[J ]，機(jī)器人，2010年5月 [5] 許馮平.關(guān)節(jié)式管外行走機(jī)器人運(yùn)動學(xué)研究[j].機(jī)械傳動，2005，6（29）：22-24. [6] 張家梁等.氣動蠕動式纜索維護(hù)機(jī)器人的研制[j].機(jī)器人，2000，9：397-401. [7] 張家梁等.氣動管外爬升機(jī)構(gòu)的研究[j].機(jī)械工程師，1997，7：7-8. [8] 周成武，董繼先.氣動爬纜機(jī)械手的研究和設(shè)計[j].陜西科技大學(xué)學(xué)報，2004，22：60-62. [9] 畢道欽等.氣動蠕動式管外爬行機(jī)器人的設(shè)計與實現(xiàn)[j].機(jī)械制造，2005，3：38-40. [10] 張家梁等.管外摩擦輪自爬升機(jī)構(gòu)的研究[j].現(xiàn)代機(jī)械，1999，3：32-33. 畢業(yè)設(shè)計應(yīng)完成的主要工作： 1.畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 2.畢業(yè)設(shè)計開題報告 3.畢業(yè)設(shè)計文獻(xiàn)綜述 4.畢業(yè)設(shè)計的翻譯文章及外文原文 5.畢業(yè)論文 6.相關(guān)圖紙 畢業(yè)設(shè)計進(jìn)度安排： 序號 畢業(yè)設(shè)計各階段內(nèi)容 時間安排 備注 1 查閱資料并撰寫畢業(yè)設(shè)計開題報告 2011.12.10-2011.12.20 2 指導(dǎo)教師審核開題報告,學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)老師意見做進(jìn)一步修改 2011.12.21-2011.12.22 3 系里組織開開題報告會 2011.12.21-2011.12.22 4 由指導(dǎo)老師指導(dǎo)查閱資料，并翻譯外文資料 2012.12.23-2011.12.31 5 撰寫文獻(xiàn)綜述，經(jīng)指導(dǎo)老師審閱后著手畢業(yè)論文的寫作 2012.01.01-2012.01.20 6 開始編寫畢業(yè)設(shè)計工作計劃，進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計的撰寫 2012.01.21-2012.03.06 7 整改論文 2012.04.29-2012.04.30 8 畢業(yè)設(shè)計答辯 2012.05.05-2012.05.19 課題信息： 課題性質(zhì)： 設(shè)計■ 論文□ ? 課題來源： 教學(xué)□ 科研■ 生產(chǎn)□ 其它□ 發(fā)出任務(wù)書日期： 2011.12.6 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見： 教研室主任簽名： 年 月 日 學(xué)生簽名： 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 學(xué)生姓名 李佰君 學(xué)號 05208338 專業(yè)班級 08機(jī)制三班 指導(dǎo)教師 楊義勇 職稱 教授 單 位 中國地質(zhì)大學(xué) 課題性質(zhì) 設(shè)計■ 論文□ 課題來源 科研■ 教學(xué)□ 生產(chǎn)□ 其它□ 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu)、控制設(shè)計 研究的目的及其意義 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人越來越廣泛地應(yīng)用在各行各業(yè)中。機(jī)器人的研究與應(yīng)用水平己經(jīng)成為一個國家經(jīng)濟(jì)實力和科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。我國自1987年實施國家“863“高技術(shù)研究發(fā)展計劃以來，就把智能機(jī)器人研究確立為自動化領(lǐng)域的主體之一。目前，開發(fā)輸電線路機(jī)器人代替人工作業(yè)以提高除冰效率和維護(hù)人員安全以成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。然而在機(jī)器人研究領(lǐng)域并未出現(xiàn)與輸電鐵塔檢測相關(guān)的成熟方案，落后的人工檢測桿塔方法不僅危險性高，而且缺乏準(zhǔn)確度，無法完全排除安全隱患。因此提出一款用于輸電鐵塔檢測的機(jī)器人代替人工作業(yè)，以提高其工作效率，安全性和準(zhǔn)確性就具有較好的應(yīng)用前景和實用意義。本論文因此討論一種安全有效的輸電鐵塔攀爬機(jī)構(gòu)用于該類機(jī)器人的研究。 國家電網(wǎng)的快速建設(shè)，超高壓大容量輸電線路的應(yīng)用也越來多，然而電網(wǎng)線路所覆蓋的地理環(huán)境極為復(fù)雜，常常經(jīng)過人跡罕至的崇山峻嶺，這就給輸電線路維護(hù)上造成了很大的困難。特別是在寒冬臘月的時候，輸電鐵塔和輸電線路往往出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，極易發(fā)生輸電鐵塔倒塌和輸電線路斷裂，給國家電力系統(tǒng)帶來極其嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致全國各地不同程度的大范圍長時間的停電，嚴(yán)重影響人們的日常生活和企業(yè)的正常安全生產(chǎn)，直接或間接的給國家和人民帶來無法估量的損失。目前已有各種類型的輸電線路除冰機(jī)器人出現(xiàn)，用于除去高壓輸電線上覆蓋的積冰，避免輸電線路發(fā)生斷裂。然而，無論是人工除冰還是機(jī)器人除冰都需要由電力人員爬上輸電鐵塔進(jìn)行操作。因此輸電鐵塔在寒冷嚴(yán)酷的環(huán)境下是否出現(xiàn)了裂紋等安全隱患就關(guān)系到了維護(hù)人員和設(shè)備的安全問題。另外若輸電鐵塔出現(xiàn)隱患對于電網(wǎng)系統(tǒng)也是一個嚴(yán)重的威脅?；谏鲜銮闆r，就有必要設(shè)計一款針對于輸電鐵塔的檢測機(jī)器人用于輸電鐵塔的安全檢測維護(hù)，以解決人工上塔探傷時危險性高、準(zhǔn)確性低、勞動強(qiáng)度大、工作效率低的問題。從而確保人員和設(shè)備安全，保證電網(wǎng)安全，在災(zāi)害下挽救更多的國家財產(chǎn)，最大程度的減少損失。因此本論文在已發(fā)明的壁面攀爬檢測機(jī)器人的基礎(chǔ)上，提出一種用于輸電鐵塔檢測的機(jī)器人代替人工作業(yè)，以提高其工作效率，安全性和準(zhǔn)確性。 研究現(xiàn)狀 目前，研究開發(fā)輸電線路檢測、除冰機(jī)器人已經(jīng)成為了熱點(diǎn)。國外發(fā)達(dá)國家相對來說起步較早，例如在20世紀(jì)80年代末,日本、美國、加拿大等發(fā)達(dá)國家先后開展了高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的研究工作。然而針對輸電鐵塔的檢測機(jī)器人研究并不成熟。但國外的壁面攀爬機(jī)器人發(fā)展技術(shù)相對成熟，一些壁面攀爬機(jī)器人已應(yīng)用在清潔窗戶和墻面或用于檢測偵查。 如：1990年東京工業(yè)大學(xué)的広瀬茂男領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在4足步行機(jī)器人的基礎(chǔ)上開發(fā)NINJA系列4足壁面移動機(jī)器人。其中NINJA-II實現(xiàn)了地面至壁面、壁面至天花板、壁面至相鄰壁面的移動過程，并對壁面移動機(jī)器人的特有步態(tài)——壁面步態(tài)（Wall Gait）和控制方法進(jìn)行深入研究。其后，該研究小組于1996年又開發(fā)了適應(yīng)高速公路路基大角度護(hù)坡作業(yè)的移動機(jī)器人TITAN VII，該機(jī)器人不僅實現(xiàn)了在土質(zhì)護(hù)坡上行走的目標(biāo)，還可完成打孔作業(yè)。上述步行式結(jié)構(gòu)的壁面移動機(jī)器人具有越障能力強(qiáng)的特點(diǎn)，易于實現(xiàn)復(fù)雜的多組合面轉(zhuǎn)換功能，但控制比較復(fù)雜。 國內(nèi)的機(jī)器人技術(shù)起步于上世紀(jì)80年代，技術(shù)水平較發(fā)達(dá)國家相對落后，在國家“863”高技術(shù)計劃的支持下，國內(nèi)的機(jī)器人發(fā)展技術(shù)較快。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)在壁面移動機(jī)器人這一領(lǐng)域處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，許多科研單位也相繼推出了各自的壁面清洗機(jī)器人。針對我國核工業(yè)發(fā)展的需要，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所自行設(shè)計并研制我國的第一臺用于檢查核廢液儲罐壁厚及焊縫的壁面爬行式遙控檢查機(jī)器人，填補(bǔ)了國內(nèi)的空白。隨后，哈爾濱工業(yè)大學(xué)又相繼研制出單吸盤真空吸附車輪行走式壁面攀爬機(jī)器人從國內(nèi)外目前的研究成果來看，一般來說壁面移動機(jī)器人，不管其應(yīng)用領(lǐng)域是什么，執(zhí)行什么任務(wù)，都必須具有兩個基本功能：壁面靜態(tài)定位功能和移動功能。因此可以按照這兩大基本功能進(jìn)行分類。按吸附功能分，主要分為真空吸附、磁吸附兩類。真空吸附的承載能力受真空發(fā)生裝置所能達(dá)到的真空度和壁面環(huán)境的影響，通常承載能力不大。磁吸附法要求壁面必須是導(dǎo)磁材料，如鋼鐵表面等。這類機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，吸附力遠(yuǎn)大于真空吸附。如推力式，仿壁虎足掌吸附等等，其中仿壁虎足是通過分子間的作用力來吸附的，能夠不受壁面材料和表面狀況的影響，代表了今后壁面移動機(jī)器人發(fā)展的方向，但目前僅處于初步研究階段，離實用還有很長一段的距離。按運(yùn)動方式分，可以分為連續(xù)移動和交替移動兩大類。連續(xù)移動類機(jī)器人又可分為輪式和履帶式兩類。共同特點(diǎn)是使用輪子行走和轉(zhuǎn)向，運(yùn)動連續(xù)，移動速度快。缺點(diǎn)是一般需要在平面上行走，越障能力不強(qiáng)，不能實現(xiàn)壁面過渡，與真空吸附配合使用時，由于吸盤跟著一起運(yùn)動，存在泄漏，因而負(fù)載能力有限。履帶式更是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)向不如輪式靈活。交替移動類機(jī)器人通常有兩個或者多個吸盤，分為兩組，一組吸附于壁面，另一組向行進(jìn)方向移動一段距離然后吸附，再讓前一組脫離吸附，往前移動。如此交替進(jìn)行。其特點(diǎn)是越障能力比較強(qiáng)，負(fù)載能力也比較大。但移動速度緩慢。足式機(jī)器人，框架式機(jī)器人等均屬于此類。其中足式機(jī)器人的腿從兩條到八條甚至更多，每條腿都有多個自由度，因而需要很多的電機(jī)等驅(qū)動機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大。吸附方式與運(yùn)動方式組合，可得各種機(jī)器人，如單吸盤輪式壁面機(jī)器人，足式磁吸附機(jī)器人等，需根據(jù)不同的使用場合選用吸附和移動方式。 研究內(nèi)容： 第一：設(shè)計除冰機(jī)器人的控制系統(tǒng)。第二：除冰機(jī)器人在線纜上行走的運(yùn)動形式和動力裝置。第三：模擬除冰機(jī)器人的運(yùn)動仿真。第四：除冰的機(jī)構(gòu)在不同的冰層使整體除冰的效果保證最好。 研究方案： 基于冰層強(qiáng)度和溫度的特殊環(huán)境下工作問題的考慮，在設(shè)計中應(yīng)該選擇合適的材料，這種材料不但具有較好的強(qiáng)度和剛度，更重要的是，能在較冷的環(huán)境下能穩(wěn)定的工作而不至于是刀具損壞，從而達(dá)到較好的除冰效果，延長刀具的使用壽命，且具有較高的除冰效率。整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計也要盡量考慮合理安排動力的分配情況，在保證最好的除冰效果下，減少能量損失。同時要考慮機(jī)器本身對線纜造成的負(fù)擔(dān)。要選取合適的裝置功率，更加有效的提高除冰效率效率，而不至于使線纜因機(jī)器自身重量過大而造成破壞。在設(shè)計傳動裝置時也要對其功率和傳動比進(jìn)行校核。 進(jìn)度安排： 2011年12月21日-31日，在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下查閱資料，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計課題進(jìn)行外文資料閱讀，并翻譯外文資料； 2012年1月1日-1月20日，向指導(dǎo)教師匯報開發(fā)設(shè)計進(jìn)展、文獻(xiàn)閱讀情況，并撰寫文獻(xiàn)綜述。完成文獻(xiàn)綜述、外文翻譯的指導(dǎo)工作，將文獻(xiàn)綜述和外文翻譯定稿交與指導(dǎo)老師。經(jīng)指導(dǎo)教師審閱通過后著手畢業(yè)設(shè)計的繪圖及設(shè)計說明的寫作。 2012年1月21日-3月6日，開始編寫畢業(yè)設(shè)計工作計劃，進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計的撰寫階段。在假期內(nèi)利用電子郵件等方式與指導(dǎo)教師溝通，修改計劃和設(shè)計，指導(dǎo)教師填寫“指導(dǎo)記錄表”。進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計繪圖、實驗、實習(xí)等階段。 2012年3月8日前，接受學(xué)院、系對開題報告、文獻(xiàn)綜述、外文譯文的隨機(jī)抽查。提交畢業(yè)設(shè)計工作計劃，經(jīng)指導(dǎo)教師審閱同意后實施。 2012年3月9日—3月31日，完成畢業(yè)設(shè)計雛形，并定期向指導(dǎo)教師匯報進(jìn)度，聽取指導(dǎo)教師的意見和指導(dǎo)。 2012年4月1日—4月15日，進(jìn)入中期檢查階段，根據(jù)檢查情況，填寫“中期檢查表”。 2012年4月17日前，根據(jù)《中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范》完成畢業(yè)設(shè)計的寫作。 參考文獻(xiàn)： [1] 王肖然. 供電線路快速除冰方案[J ]. 發(fā)明與創(chuàng)新, 2008年6月。. 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