基于SolidWorks的巡线机器人机械本体设计及越障运动仿真

1 引言

    定期对高压架空输电线路进行故障的检测与修复，是供电可靠性的基本保证。由于架空线路处于野外环境之中，长期风吹雨淋，且受到持续的机械张力。电气闪烙，材料老化的影响，容易引起磨损，断股，腐蚀等损伤，若不及时修复更换，易引起严重的事故，造成大面积停电及经济财产损失。目前，对输电导线进行巡检的方法主要有两种：地面目侧法和直升机航测法。地面目测法的人工检修方法劳动强度大，危险系数高，检测精度低，可靠性差。在—些复杂高难的环境下，如偏远山区或跨越江河的检测上，人工检测的方法往往无法完成。而直升机航测法所需费用高，精度难以达到要求，容易受自然天气的影响等。采用智能化机器人取代传统的方式，可提高检测精度和检测效率，取代人直接工作在高危险的场合，同时大大减少人力资源，是一种安全，可靠，高效的检测方式。

2 巡线机器人方案

    巡线机器人的机械本体机构是整个系统的基础，也是目前制约巡线机器人发展的技术障碍之一。巡线机器人的机械结构设计要求，一般有几点：(1)能在架空高压线上以期望的速度平稳爬行；(2)具有一定的爬坡能力；(3)跨越高压线路上的防震锤、线夹、绝缘子、线塔等障碍；(4)在故障情况下有可靠的自保护安全措施，防止机器人摔落；(5)提供足够的空间安装所携带的电源以及探测、记录和分析处理仪器。

    目前，巡线机器人实现在线爬行的机构可以分为步进式爬行机构和轮式爬行机构两类。步进式爬行机构通过多只手臂的交替移动完成爬行，一般用作斜拉桥缆索、管道外壁的检查维护；轮式爬行机构依靠电机驱动的行走轮与电力线之间的摩擦，驱动机器人前进。轮式爬行机构行走平稳，速度快，有利于移动平台上线路探测仪器的可靠：l：作。因此，巡线机器人多采用此类爬行机构。

    越障机构是巡线机器人本体机构的关键技术。由于机器人悬挂在架空线上，越障时应保证机器人姿态平稳，并保持与其它导线和线塔金属部件的安全间距，因此设计难度较大。巡线机器人越障操作类似人的空中攀援行为，因此，仿生设计是解决这一难题的有效方法。一种很有前景的方案是采用多只可伸缩机械臂结构，机械臂上部为爬行驱动机构，下部通过旋转关节相互链接。遇到障碍时，机械臂之间相互配合，采用仿人攀援策略调整姿态，跨越障碍。由于采用多只多自由度机械臂，机器人可以完成更为复杂的空中姿态调整，因而可跨越各种类型的线路障碍。