线路机器人华北科技项目可行性研究报告.docx

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垂直起降/越障机构巡线机器人在实质应用过程中需要从地面可靠地固定到输电线路上,而且可以在运行过程中超越碰到的防震锤、耐张线夹、悬垂线夹等各种阻挡。目前在线路上实验运行的巡检机器人需人工布置到巡检线路上,且超越阻挡能力不强。在此方案中,提出一种新式的垂直起降/越障机构,可达到机器人自动上线(从地面自主导航/人工遥控布置到巡检线路上)、超越阻挡以及降落塔上智能充电坞进步行充电等功能。实现技术以下:巡线机器人在两侧各装备2个可收放的旋翼,以以下列图所示:滚轮制动机构滚轮导线旋翼旋翼张开后即形成一个四旋翼无人机,可完成起降、超越阻挡等功能。结构型式四旋翼翱翔器采用四个旋翼作为翱翔的直接动力源,旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向,四个旋翼处于同一高度平面,且四个旋翼的结构和半径都相同,旋翼1和旋3逆时针旋转,旋翼2和旋翼4顺时针旋转,四个电机对称的安装在翱翔器的支架端,支架中间空间布置翱翔控制计算机和外面设备。四旋翼翱翔器的结构形式以下列图。工作原理四旋翼经过调治四个电机转速来改变旋翼转速,实现升力的变化,从而控制翱翔器的姿态和地址。由于翱翔器是经过改变旋翼转速实现升力变化,这样会以致其动力部牢固,所以需要一种可以长远保牢固的控制方法。四旋翼翱翔器是一种六自由度的垂直起落机,线路机器人华北科技项目可行性研究报告线路机器人华北科技项目可行性研究报告14/34线路机器人华北科技项目可行性研究报告所以特别适合静态和准静态条件下翱翔。但是四旋翼翱翔器只有四个输入力,同时却有六个状态输出,所以它又是一种欠驱动系统。四旋翼翱翔器结构形式以下列图,电机1和电机3逆时针旋转的同时,电机2和电4顺时针旋转,所以当翱翔器平衡翱翔时,陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。与传统的直升机对照,四旋翼翱翔器有以下优势:各个旋翼对机身所施加的反扭矩与旋翼的旋转方向相反,所以当电机1和电机3逆时针旋转的同时,电机2和电机4顺时针旋转,可以平衡旋翼对机身的反扭矩。四旋翼翱翔器在空间共有6个自由度(分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作),这6个自由度的控制都可以经过调治不相同电机的转速来实现。基本运动状态分别是:(1)垂直运动;(2)俯仰运动;(3)滚转运动;(4)偏航运动;(5)前后运动;(6)侧向运动。在图中,电机1和电机3作逆时针旋转,电机2和电机4作顺时针旋转,规定沿x轴正方向运动称为向前运动,箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高,在下方表示此电机转速降落。(1)垂直运动:垂直运动相对来说比较简单。在图中,因有两对电机转向相反,可以平衡其对机身的反扭矩,当同时增加四个电机的输出功率,旋翼转速增加使得总的拉力增大,当总拉力足以战胜整机的重量时,四旋翼翱翔器便离地垂直上升;反之,同时减小四个电机的输出功率,四旋翼翱翔器则垂直降落,直至平衡落地,实现了沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时,在旋翼产生的升力等于翱翔器的自重时,翱翔器便保持悬停状态。保证四个旋翼转速同步增加或减小是垂直运动的重点。(2)俯仰运动:在图(b)中,电机1的转速上升,电机3的转速降落,电机2、电4的转速保持不变。为了不由于旋翼转速的改变引起四旋翼翱翔器整体扭矩及总拉力改变,旋翼1与旋翼3转速该变量的大小应相等。由于旋翼1的升力上升,旋翼3的升力降落,产生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转(方向以下列图),同理,当电机1的转速降落,电机3的转速上升,机身便绕y轴向另一个方向旋转,实现翱翔器的俯仰运动。(3)滚转运动:与图b的原理相同,在图c中,改变电机2和电机4的转速,保持电1和电机3的转速不变,则可使机身绕x轴旋转(正向和反向),实现翱翔器的滚转运线路机器人华北科技项目可行性研究报告线路机器人华北科技项目可行性研究报告15/34线路机器人华北科技项目可行性研究报告