电力铁塔攀爬机器人的步态分析
攀爬机器人结构设计论文
攀爬机器人结构设计论文１塔架攀爬机器人结构设计１．１塔架攀爬机器人整体设计方案攀爬机器人攀爬的重要性能主要体现在与攀爬物体之间的接触方式，目前多数攀爬机器人采用吸盘式、负压式。
这两种方式适用于平面攀爬，不适合塔架攀爬，受尺蠖爬行启发设计并且制作了采用抓卡式攀爬机构的攀爬机器人。
攀爬机器人结构模块主要分为头部抓卡机构、前行臂和尾部抓卡机构。
头部、尾部抓卡机构由抓卡拉杆、压紧块、抓卡动力底盘、卡爪、红外检测传感器、头部抓卡体、高清摄像头、动力杆等部件组成。
前行臂由前行臂转动电机、前行臂１、前行臂２、前行臂３、推杆电机等部件组成。
铁塔攀爬机器人工作过程如下：初始，机器人前后抓卡机构同时夹紧高压塔架，前行臂处于收缩状态。
当机器人接收到来自地面控制台的执行命令后开始动作。
首先头部抓卡机构松开，直到压紧块接触到高压塔架结构型材，机器人前行动作由前行机械臂实现。
当前行臂伸展到达极限，头部抓卡机构开始卡紧高压塔架结构型材。
接着尾部抓卡机构开始松开，前行臂此时动作为收缩，尾部抓卡机构会随着向上移动。
当伸缩机构收缩到极限位置，尾部抓卡机构会再次卡紧高压塔架角钢，这样往复动作实现高压塔架攀爬机器人攀爬动作。
整个过程，攀爬机器人执行来自地面控制台的命令，动作可随时中断。
步进电机驱动丝杠副带动抓卡机构将机器人主体紧固在高压塔架上。
利用直线推杆电机带动连杆机构往复收缩，实现机器人的前行动作，机器人整体在高压塔架上攀爬过程。
Ａ位置为机器人的初始位置，头部抓卡机构和尾部抓卡机构都处于卡紧状态。
Ｂ位置，尾部抓卡机构松开，为收缩做准备。
Ｃ位置，当收缩机构达到极限，尾部抓卡机构卡紧。
Ｄ位置，头部抓卡机构松开，为下一伸缩动作做准备。
Ｅ位置，伸缩机构再次到达极限位置。
下一状态会重复进入Ａ状态所示位置。
１．２塔架攀爬机器人抓卡机构攀爬机器人抓卡机构的动力由步进电机的转动，带动丝杆副丝杆转动，将动力传递至卡紧托，利用卡紧托移动实现抓卡高压塔型材结构架，从而将机器人整机附着于高压塔架上。
电力铁塔攀爬机器人位姿综合误差分析
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍ ａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ ０ ０ ６ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ Ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ， Ｆ Ａ Ｗ— Ｖ ｏ ｌ ｋ ｓ ｗ ａ ｇ ｅ ｎ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ ， Ｓ ｉ ｅ ｈ ｕ ａ ｎ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ ０ １ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｒ ｏ ｏ ｔ ｐ ｏ ｓ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｉ ｓ ｄ ｅ ｖ ｅ ｏ ｌ ｐ ｅ ．Ａ ｄ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｏｄ ｍ ｅｌ ｏ ｆｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ ， ａ ａ ｐ ｐ ｌ ｃ ｉ ｔｉ ａ ｏ ｎｂ ｓｅ ａ ｄｏ ｎ ｔ ｅ ｈ Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ
Ｔ ｒ ａ ｊ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｙ Ｐ ｏ ｓ ｅ ａ ｎ ｄ Ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｐ ｙ ｌ ｏ ｎ Ｃ ｌ ｉ ｍｂ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｏ ｂ ｏ ｔ
输电铁塔攀爬机器人的结构分析与实验验证
输电铁塔攀爬机器人的结构分析与实验验证魏军英1张聪1王吉岱1张峰2（1山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛266590）（2山东鲁能智能技术有限公司，山东济南250101）摘要首登输电铁塔检修人员缺乏完善的临时防坠保护装置，研发输电铁塔攀爬机器人替代首登人员登塔，可以保障登塔人员的人身安全。
根据实际作业环境及其功能要求，结合仿生学原理，提出了一种基于仿生蚕特征的攀爬机器人模型。
对机器人进行结构设计并分析攀爬过程中吸附的稳定性，建立机器人运动学模型；对其作业空间进行了仿真分析，验证了机器人结构的合理性。
试制物理样机并进行相关攀爬实验，实验结果表明，该机器人具有替代首登人员登塔的可行性。
关键词攀爬机器人结构设计运动学分析实验验证Structural Analysis and Experimental Verification of Climbing Robotfor Transmission TowerWei Junying1Zhang Cong1Wang Jidai1Zhang Feng2（1College of Mechanical and Electronic Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao266590，China）（2Shandong Luneng Intelligence Technology Co.，Ltd.，Ji'nan250101，China）Abstract Due to lack of temporary falling protection device，the power transmission tower climbing robot is needed to research and developto replace the first climbing personnel to guarantee their safety.According to actual working environment and its functional requirements，a climbing robot model based on bionic silkworm characteristics is proposed in combination with bionic principles.The structure of the robot is designed and the adsorptionstability in the climbing process is analyzed.The kinematic model of the robot is established and the working space is simulated to verify the rationality of the robot structure.The physical prototype is manufactured and the relevant climbing experiments are carried out，the experimental results showing that the robot can re⁃place the personnel to climb the tower.Key words Climbing robot Structure design Kinematics analysis Experimental verification0引言输电线路、铁塔等长期暴露在空气中，常年受到台风、雨雪、温差等自然因素的影响，为了保证电力系统的安全稳定运行，需要人工登塔对铁塔及线路进行检测和维护[1]。
电力铁塔攀爬机器人直线推杆机构设计与分析_王蕾
3.2 电机直驱关节与直线推杆关节比较分析
限于篇幅所限，此处仅对机器人后爪吸附前爪松开且前臂
G1 Lcosα 2
+G2 Lcosα-Falsinβ=0
由几何关系可）
-2·3l·l·co（s α+15）
sinβ
sin（α+15）
（2） （3）
No.3
54
机械设计与制造
Mar.2012
Design and analysis of linear rod units for electricity pylons climbing robot
WANG Lei，LU Xiao-long，ZHAO Shi-ping，CAO Zhi-hua，LIU Xiao-yu，LIANG En-zhi （College of Manufacturing Science and Technology，Sichuan University，Chengdu 610065，China）
T2 =0.436Fa = 0.436Lcosα
G1 /2+G2 姨10-6co（s α+15） 3lsin（α+15）
（9）
电机直驱关节和直线推杆机构驱动电机的力矩关系为：
T1 =
3lsin（α+15）
T2 0.436姨10-6co（s α+15）
（10）
前臂与水平方向所成角度 α 变化范围［15°，105°］，l=60mm，
机械设计与制造
第3期
52
Machinery Design ＆ Manufacture
2012 年 3 月
文章编号：1001-3997（2012）03-0052-03
电力铁塔攀爬机器人直线推杆机构设计与分析 *
管道攀爬机器人结构设计及行走动力特性分析
虽然串联机器人动力学特性及结构优化设计已经取得了许多重要成果，但仍 然存在许多研究方向值得进一步探索。例如，如何建立更加精确、高效的动力学 模型，以满足实时控制的需求；如何将新型优化算法应用于结构优化设计中，以 获得更好的优化效果；如何提高机器人的柔性和自适应性，以适应更加复杂和动 态的环境等。
此外，随着和机器学习技术的快速发展，这些技术也开始被应用于串联机器 人的设计和控制中。例如，通过机器学习方法，可以实现对机器人的自适应控制、 故障诊断和维护等。这为串联机器人的进一步发展提供了新的机遇和挑战。
因此，在未来的研究中，可以综合考虑这两种方法，设计一种混合式的控制 策略，以实现机器人在不同条件下的稳定攀爬。此外，还可以进一步研究机器人 感知和决策等方面的技术，以提高机器人在复杂环境中的自主能力。
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控制算法
管道攀爬机器人的控制算法包括位姿估计、轨迹跟踪等。位姿估计是指对机 器人在管道中的位置和姿态进行估计，通过对传感器数据的处理和分析来实现。 轨迹跟踪是指根据位姿估计结果，控制机器人按照预设的轨迹行走，通过对电机 进行控制来实现。
在控制算法的设计过程中，需要考虑机器人的作业效率和安全性。为了提高 作业效率，需要缩短位姿估计的时间，提高轨迹跟踪的精度。为了确保安全性， 需要加入防抖动和异常情况处理等功能，以避免机器人在行走过程中出现问题。
爬杆机器人是一种能够在垂直杆上自主攀爬的机器人，这种机器人在电力线 路巡检、救援、建筑等领域有广泛的应用前景。然而，要实现机器人的自主攀爬， 需要解决一系列的关键问题，包括对环境的感知、运动规划、控制策略等方面。 在本次演示中，我们将重点探讨爬杆机器人的攀爬控制。
机器人攀爬控制是实现自主攀爬的关键技术之一。在攀爬过程中，机器人需 要通过对环境的感知，获取关于杆子位置、姿态等信息，再根据这些信息调整自 身的运动状态，实现稳定的攀爬。在这个过程中，控制算法起着至关重要的作用。
攀爬电力铁塔机器人的爬行方案设计
攀爬电力铁塔机器人的爬行方案设计
李红卫; 赵世平; 陆小龙
【期刊名称】《《制造业自动化》》
【年(卷),期】2010(032)011
【摘要】目前电力特种机器人的研究主要集中在巡线机器人方面,用于巡检电力铁塔的机器人还鲜有成果。
攀爬电力铁塔机器人爬行方案的设计,是研制攀爬电力铁塔机器人的基础。
本文通过分析比较几种爬行机构,结合攀爬电力铁塔机器人的性能要求及工作环境确定了该机器人的一种爬行方案。
【总页数】5页(P100-103,121)
【作者】李红卫; 赵世平; 陆小龙
【作者单位】四川大学制造科学与工程学院成都 610065
【正文语种】中文
【中图分类】TH113
【相关文献】
1.电力铁塔攀爬机器人位姿综合误差分析 [J], 周晓莲;陆小龙;赵世平;曹志华
2.电力铁塔攀爬机器人直线推杆机构设计与分析 [J], 王蕾;陆小龙;赵世平;曹志华;刘晓宇;梁恩志
3.基于FPGA的电力铁塔攀爬机器人视觉系统设计 [J], 庄红军; 李军; 周海; 候永洪; 莫刚; 钟以平
4.新型电力铁塔攀爬机器人的设计及攀爬步态分析 [J], 刘帅;庄红军;高宏力;鲁彩江
5.电力铁塔高效攀爬机器人机械系统设计与物理样机开发 [J], 邹德华;彭沙沙;刘兰兰;江维;张宏伟
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输电铁塔攀爬机器人夹持机构的设计与分析
第43卷第11期输电铁塔攀爬机器人夹持机构的设计与分析47文章编号:1004-2539(2019)11-0047-07D01：10.16578/j.issn.1004.2539.2019.11.008输电铁塔攀爬机器人夹持机构的设计与分析赵慧如'鲁守银'石利荣2(1山东建筑大学信息与电气工程学院，山东济南250101)(2云南电网公司曲靖供电局，云南曲靖650000)摘要针对铁塔检修工人高空作业时手动挂拆安全绳危险性高和效率低的问题，基于菱形原理设计了一种V型角钢对称夹持机构，主要由夹持爪、外展机构和顶出机构组成，夹持爪通过螺旋升降机与滑动导轨的配合实现对角钢的抓紧，垂直于夹持手臂的外展机构通过调整其展出距离改变夹持爪的位置，顶出机构前端的V型块设计可保证机器人机身始终平行于角钢。
绘制机器人的Solid-Works三维模型，依据菱形原理简化模型，并验证其对中夹持性和机构设计的合理性，建立静力学模型，对夹持机构进行静力学分析和静力学仿真。
通过样机试验，验证了该夹持机构的可行性。
关键词攀爬机器人夹持机构菱形原理静力学建模静力学仿真Design and Analysis of Clamping Mechanism for Transmission Tower Climbing RobotZhao Huiru1Lu Shouyin1Shi Lirong2(1College of Information and Electrical Engineering,Shandong Jianzhu University,Ji z nan250101,China)(2Qujing Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Corporation,Qujing650000,China)Abstract In view of the high risk and low efficiency of the manual maintenance of the safety rope during the work of the tower,the V-shaped angle steel symmetrical clamping mechanism is designed based on the principle of rhombus principle.It is mainly composed of a gripping hand,an abduction mechanism and an ejection mechanism.The clamping hand realizes the grasping of the diagonal steel by the cooperation of the screw jack and the sliding rail,and the abduction mechanism perpendicular to the clamping arm changes the position of the gripping hand by adjusting the exhibition distance thereof,and the V-shaped block on the front end of the ejec-tor mechanism ensures that the robot body is always parallel to the angle.According to the analysis of the climb・ing environment of the transmission tower climbing robot,the three-dimensional model of the mechanism is drawn.The model is simplified according to the principle of rhombus principle and the rationality of the centering and the size of the mechanism is verified.The statics model is established and the clamping force is used for mechanical analysis and structural statics simulation.Through the prototype development and test,the feasibility of the clamping mechanism is preliminarily verified.Key words Climbing robot Clamping mechanism Rhombus principle Statics modeling Statics simulation0引言在我国，输电铁塔数量多、分布广，且长期显露于野外环境甚至多尘强风高湿的恶劣环境下叫传统方式下，由检修人员背负检修设备沿脚钉侧攀爬输电杆塔，逐步挂接安全绳防坠，手工记录逐塔巡视，导致巡检周期长，攀爬危险性大。
电力铁塔攀爬机器人直线推杆机构设计与分析
图 １电力铁塔攀爬机器人及机构简图
机器人两臂上端通过安装轴连接 ，直线推杆机构一端与前
臂铰接 ， 另一端和后臂铰接。 手臂下端与手臂旋转关节相连 ， 可使 手臂绕旋转轴旋转。 手臂旋转关节下端和位于手爪上部的手爪旋
转关 节 相连 。
（
电力铁 塔攀爬机 器人的运动包 括直线攀爬运 动和转 向运
； ｇｏｈ ｔｄ ｉ ａ ｏ ｔｄ ｉ ｈ ｈｓ ｒｅ ｂ ｔ ｉ ｇ ｔｑｅ ｉｃｙ ｈｎ Ａ ｄｌ ｛ ｎ ｅｒ ｉ ｎ ｊｉｓ ｅｇ ｗ ｉ ｄ ｖ ｍ ｏｗ ｈ ａ ｅｏ ｕ ｄｅ ｌＴｅ Ｃ Ｄｍ ｅｏ ｔｔ ａ ｔ ｌ ｎ ｓ ｎ ｃ ｉ ｉ ｄ ｙ ｒ ｔ ｌ ｒ ｒ ｔ． ０ ｏ ｏ ｒ ｏ ｆ ｌｔ ｎａｒ ｉ ｉ ｒ ｏ ｄ ｎ ａｃ ａａ ｓ ｄ ｉｕ ｉ ｉ ｄｍ ￥ ｗｒ ａ ｕｆｒ ｒ ２ ｅ ｉ ｒ ｏ ｕ ｔ ｓ ｏ ｓ ． ｄ ｔｉ ｌ ｉａ ｍ ｌ ｏ ｕ ｎ Ａ ａ ｓ ｏ ａ ｅ ｔｏ ｏ ． ｈ ｌ ｄ ｎｓ ｐ ｅ Ａ ｓ ｓ ｙ ｓ ｓ ａ ｎ ｇ ｅ ｐ ｔ ｎ ｎ ｔ ｓ ｌ ｆ ｅ ｐ ｒ ｗｄ ｝Ｃｍ ａｎ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｄ ｒｅ ｔ ｉｃｙ ａ ｌ ｉａｄ ｉｕ ｉ ｓ ｔｃａ ｛ ｏｐ ｉ ｔ ｔ ａ ｔ ａ ｍ ｈ ｉ ｄ ｙｍ ｏ ｄｅ ｌ ｎ ｙｓ ｍ ｌ ｏ ｒ ｕｓ ｏ ｒ ｇ ｏ ｈ ｔ ｉ ｌ ｏ ｄｖ ｂ ｏ ｒ ｒ ｔ ， ｄ ｏ ｅ ａ ｓ ｓ ａ ｎ ｅ ｌ ｔ ｎ ｔ ｉ
｝ 【ｂｒ ｔＦ ｔ ａ ｎｆｏ ｒａｍｓｎｎｅｉ ｄ ａｔａｅ ｄ —ｍ ｒｕ ｛ Ａｓａ 】ｏｔ ａｏ ｔ ｐ ｅｔ ｓｉｏｉ ｃ ｎｎｍｉ ｎｃ 血ｕ ａ ｔ 一 ｔｃ ｒ ｅｕｍ ｉ ｏ ｗ ｎ ｓ ｓ ｔ ａ ｎ ｎ ， ａ ｒ ａｃ ｈ ｏ ｒ ｉ ｐ ｏ ｅ ｌ ｉ