为提高串联式输电线巡检机器人越障性能,针对其偏转关节运动范围受限问题,提出一种新型复合偏转关节。首先给出复合偏转关节构型,设计出具体结构;其次建立基于新型关节的机器人运动学模型;最后利用蒙特卡洛法进行基于两种关节的机器人工作空间仿真,并进行了对比分析。结果表明,采用新型关节可明显增加偏转角度及工作空间,进一步提升串联式输电线巡检机器人运动性能。

针对传统机器人关节在运动过程中的偏转角度、俯仰承载能力受限问题,以提高机器人偏转、俯仰运动能力为目标,提出单电机驱动双轴式、具有大偏转角度特性的偏转关节模块,和基于平行四边形结构及弹簧部件、具有低功耗高承载能力特性的俯仰关节模块,进行了偏转模块、俯仰模块运动特性分析。建立基于新型模块的机器人运动学模型,对比分析相同尺寸及工作条件下新型机器人与基于传统关节机器人的工作空间,结果表明:同等条件下新型机器人工作空间明显大于传统机器人结构,所提出新型关节模块可有效提升机器人运动灵活性。

针对渐进最优快速扩展随机树(RRT*)应用于机器人路径规划中时存在精度低、环境适应性差等问题,提出一种基于稀疏节点与双向插值的RRT*改进算法。将目标偏向采样和稀疏节点法引入RRT*算法中,通过避免对局部区域过度的搜索,达到提高初始路径搜索效率的目的;借助三角不等原理思想,对初始路径中的冗余节点进行剔除,并基于双向插值方法对路径节点进行优化,以更短的时间获得次优路径。在多种仿真环境中的实验结果表明:相对于RRT*算法、Informed-RRT*算法和Q-RRT*算法,改进算法的初始路径规划效率提高了61%,次优路径规划效率提高了59%,且在多种环境下均具有很强的稳定性。最后,在实际的机器人路径规划实验中对所提算法的有效性进行了进一步验证。

多臂式输电线巡检机器人需具备跨越线路上组合障碍的能力。归纳总结了500kV架空地线上典型障碍及其组合类型。提出一种新型五手臂四单元串联机器人机构,每个单元机构由两个柔索驱动的平行四边形机构串联组成,采用蠕动式越障方案。分析组合障碍环境对机器人参数的影响约束后,以机器人机构悬挂尺寸最小,方便运输携带,整体尺寸最小为目标进行多目标优化计算,得出机构参数。机器人工作空间及越障流程分析证明机器人能够跨越典型的障碍组合,具备适应500kV架空地线障碍环境的能力。