机械式高压线除冰机器人设计.doc

1、摘 要：随着我国改革开放的不断开展，我国经济建设和技术应用都得到了高速稳定的发展，机器人已成为制造加工行业必不可少的关键设备，机器人可以分为工业机器人和特种机器人两大类，工业机器人通常应用于制造加工行业，实现工业自动化，多为关节机器人和多自由度机器手；而特种机器人则被广泛应用于各行各业，几乎遍布除工业外的其他领域，包括服务机器人、军用机器人、农业机器人等等， 除冰机器人作为特种机器人的一种，它的出现不但代替了电力工人的现场实际作业，提高高压线除冰的工作效率，而且利用除冰机器人可以大量节省人力成本，这就使得除冰机器人的研究工作更加有现实意义。除冰机器人相比其他特种机器人，结构更加简单，使用起来更

2、加方便。其整体结构分为行走机构和除冰机构两大块，行走机构的方式多种多样，有腿式行走机构，轮式行走机构，选择何种行走方式决定了除冰机器人的工作效率和质量。本篇论文中提出了一种结构巧妙、机动性好、稳定性能高的机械除冰机器人设计方案，本方案对除冰机器人技术进行深入分析研究，其工作原理是：利用行走电动机驱动行走轮转动从而带动整个除冰机器人向前行走，利用除冰电动机带动除冰刀转动实现除冰机器人在高压电线上自动巡线除冰的目的。除冰机器人作为一种新型的特种机器人，对此进一步的研究也是不能忽视的。关键词：机器人；除冰机器人；除冰刀AbstractWith the continuous development o

3、f Chinas reform and opening up, Chinas economic construction and technology applications have been high-speed and stable development, the robot has become a manufacturing and processing industry essential essential equipment, robots can be divided into industrial robots and special robots two catego

4、ries, Robots are often used in the manufacturing and processing industry, to achieve industrial automation, mostly joint robots and multi-degree of freedom of the robot; and special robots are widely used in all walks of life, almost all over the industrial areas, including service robots, military

5、robots , Agricultural robots, etc., deicing robot as a special kind of robot, it does not only replace the appearance of the actual work of electric workers to improve the efficiency of high-pressure line de-icing, and the use of de-icing robots can save a lot of human costs, Making the de-icing rob

6、ot research work more practical significance.De-icing robot compared to other special robots, the structure is more simple, more convenient to use. Its overall structure is divided into walking and deicing mechanism two blocks, walking a variety of ways, there are leg-like walking institutions, whee

7、led walking agencies, choose what way to walk the decision of the de-icing robots work efficiency and quality. In this paper, we propose a deodorant robot design scheme with good structure, good maneuverability and high stability. The scheme is based on the deep analysis of deering robot technology.

8、 The working principle is that the traveling motor is used to drive the running wheel Driving the entire de-icing robot to move forward, the use of de-icing motor to promote the removal of the ice knife to achieve de-icing robot in the high-voltage wire automatically patrol line deicing purposes. De

9、-icing robot as a new type of special robot, this further study can not be ignored.Keywords: robot，Deicing robot, In addition to skateboarding目 录AbstractIV目 录V第一章 绪论11.1 引言11.2除冰机器人的发展概况11.3 Solidwork软件的介绍21.4 有限元分析的介绍31.5 课题研究的意义及目的4第二章机械除冰机器人的设计52.1 机械除冰机器人的设计要求52.2机械除冰机器人的设计概述52.2.1机械除冰机器人与其他类型除冰

10、机器人原理的对比52.2.2机械除冰机器人与其他类型除冰机器人特点的对比82.2.3 机械除冰机器人的设计参数82.3机械除冰机器人的具体设计82.3.1 机器人底座结构设计92.3.1.1行走电动机的设计与选型92.3.1.2减速器齿轮的设计122.3.1.3齿轮齿数的选择132.3.1.4直齿圆柱齿轮静力及接触分析的理论计算142.3.1.5直齿轮静力及接触的有限元分析172.3.1.6链传动的设计192.3.2机械手臂结构设计212.3.2.1机械手臂转动电机的设计与选型212.3.2.2机械手臂转动结构的设计23第三章 总结与展望24参考文献24III第一章 绪论1.1 引言随着我国改

11、革开放的不断开展，我国经济建设和技术应用都得到了高速稳定的发展，机器人应用的地方变得越来越多，从单一的生产制造业发展到各行各业，甚至应用到高压电线除冰的具体工作。现在国内外都开始了对除冰机器人的系统研发和设计，而除冰机器人选择何种除冰方式是其设计时最重要的考虑点之一。除冰机器人按其除冰原理可以分为热力除冰法、化学除冰法、声波除冰法、机械除冰法等等，这些方式各有其优缺点。目前常见的除冰机器人主流仍是热力除冰机器人，该机器人移动结构简单，适用于高压输电线路的自动除冰，行走过程相对稳定，但是同样存在着许多缺陷，最大的问题是热力除冰机器人的除冰方式热力做功效率低下，经济成本过高，且除冰过程中容易造成电

12、力中断的情况发生。我们都知道除冰结构是除冰机器人中极为重要的一个构件，因此在整体设计的时候应该考虑除冰结构的适用性，稳定性和可靠性。为了让除冰机器人的各项性能满足其使用要求，我们需要从以下方面要求入手考虑：机动性能好，除冰作业效率高，保证电力输送的稳定，与高压线附着力大，除冰可靠性高。本设计中我们选用纯机械的结构作为除冰机器人的除冰方式，其既具备热力除冰机器人除冰作业效率高的优点，自身又具备结构简单，制造成本低，使用安全稳定的特点。机械除冰机器人除冰过程安全稳定、作业效率高、操作简单的优点；机械除冰机器人能够适用于各种气候环境下的工作，因此对其进一步的研究是不能忽视的。1.2除冰机器人的发展概

13、况欧美等国家在除冰机器人的技术研究方面一直处于世界的前端，他们单独设立有专门的除冰机器人技术研究小组，且都在努力将除冰机器人的技术应用于不同气候环境下都能够正常作业。目前国外的除冰机器人研发已经取得了突破性的进展，他们成功将该除冰机器人应用到高压输送线路巡线除冰的实际作业中，还有部分除冰机器人甚至可以能够对高压线路进行简单维护工作，比如: 东京电力公司的OPGW巡线移动机器人，Hibot Expliner机器人，加拿大魁北克水电研究院的HQLineROVer遥控小车， LineROVer除冰机器人，LineScout除冰机器人等，其中最典型的是: 东京电力公司的OPGW巡线移动机器人。东京电力

14、公司在日本的除冰机器人研究领域处于领先地位，其研发的OPGW巡线移动机器人被日本电力行业视为轻型无人作业、自动除冰维护用机动平台的模板。该机器人利用两个行走轮和两个导向轮沿着高压输送线行走，能避开防震锤、螺旋减震器等高压线路上的障碍物。遇到高压线塔时机器人本体采用仿人攀爬的结构原理，先展开弧形手臂，手臂的首端吊住高压线塔两侧的地线，作为着力支撑点，然后整个机器人顺着高压地线滑到线塔的另一端；待机器人导向轮夹紧高压线塔另一端的地线后，将弧形手臂折叠收起，重复上述动作过程，最终实现自动行走的目的。OPGW巡线移动机器人本体顶部还安装有8个摄像头用于实时拍摄高压输送线路上现场情况，辅助完成机器人的巡

15、线检测任务，并通过电晕效应的原理去除高压输送线路上的覆冰。该机器人还可以通过前后导向轮交叉换向实现自动避障的功能。目前国内对除冰机器人的技术研究仍然处于初始阶段，对除冰机器人的定位传感器、位置导航、运动控制以及除冰结构设计等关键层面的研究还远远落后于其他欧美国家。不过现在许多国内研究机构也开始努力开展对除冰机器人的研究工作，从最基础的行走机械结构设计、除冰方式及运动控制入手。由于除冰机器人在机动性、越障方式等方面与其他特种机器人有很大不同，因此国内在除冰机器人技术研发这条路上还有很长的路程要走。1.3 Solidwork软件的介绍SolidWorks为达索系统（Dassault Systeme

16、s S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今至2010年已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经