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【摘要】根據高壓輸電線路障礙環境特點及巡檢任務需求，提出一種基于平行四邊形的四連桿越障巡檢機器人。行走越障機構采用一個行走電機驅動行走輪實現線上行走，提供機器人的行走驅動力，采用一個夾緊電機驅動夾緊輪，保證夾緊輪與行走輪剛好夾緊輸電線，防止機器人從線上跌落；利用連桿與行走臂構成四連桿結構實現機器人的越障功能。利用ADMAS建立巡檢機器人虛擬樣機，研究水平行走和爬坡時機器人的驅動特性，仿真結果為機器人電機選型、載荷特性分析和控制策略制定奠定基礎。
【關鍵詞】巡檢機器人；四連桿結構；越障分析；虛擬仿真
1引言
高壓輸電線路長期暴露在外部環境中會導致線路老化磨損、斷股等損傷，存在很大的安全隱患，電力部門需定期對輸電線路進行巡檢。目前采用的方法主要有人工巡檢和直升機巡檢，人力巡檢效率低、危險性高，且部分特殊環境無法巡檢；直升機巡檢成本高[1]。國內外多家研究機構對輸電線巡檢機器人展開了研究，如日本東京工業大學研制的遙操作巡檢機器人Ex-pliner[2]通過機械臂調整機器人質心位置實現越障，加拿大魁北克水電研究所開發的帶電巡檢機器人LineScout[3]采用蠕動方式交替跨越障礙物；國內武漢大學的吳功平教授團隊[4]和中國科學院沈陽自動化研究所王洪光團隊[5-6]也對高壓輸電線巡檢機器人進行了研究。但是大多數巡檢機器人因其結構復雜、體型大、控制難度高且整機越障時間長等諸多因數，限制了巡檢機器人的實際應用。本文設計了一種基于四連桿越障的輸電線巡檢機器人，利用平行四桿結構的變形適應性，將越障過程中的阻力轉化為行走輪抬高的動力，實現巡檢機器人跨越防震錘、間隔棒等越障物，越障流程簡單易于控制，行走安全平穩。并對機器人的線上行走、爬坡、越障等運動功能進行分析，驗證了機器人用于線上巡檢的可行性。
2巡檢機器人結構
巡檢機器人的三維模型如圖1所示，主要包括行走機構I、行走機構II、夾緊機構、兩個相同的第一連桿和第二連桿。工作時打開行走電機和夾緊電機，行走電機經減速器驅動行走機構I運動，實現線上行走；安裝在輔助行走機械臂上的夾緊電機，經彈性聯軸器驅動夾緊輪調節與輔助行走輪距離，適應輸電線的直徑，保證夾緊輪和輔助行走輪剛好夾緊輸電線，防止巡檢機器人從線上掉落。巡檢機器人可以用單臂或雙臂懸掛控制箱在輸電線上平穩行走完成線上巡檢作業任務。利用巡檢機器人執行巡檢任務時，將機器人的行走輪懸掛在輸電線上，夾緊輪與行走輪配合夾緊輸電線，機器人在行走電機的驅動下在線上行走，控制夾緊電機的夾緊力可調節行走輪與輸電線間的摩擦力，從而保證機器人在線上平穩行走。兩個行走機械臂與第一連桿和第二連桿構成平行四桿機構，利用平行四邊形的變形適應性，可以確保行走機構能夠輕松跨越震動錘、間隔棒等障礙物。
3巡檢機器人分析
3.1水平行走分析
將巡檢機器人三維模型另存為.x_t格式文件，直接導入到ADAMS虛擬環境中形成初步的虛擬樣機模型，為模型添加運動副約束以及運動參數，構成完整的虛擬樣機模型。為行走輪添加轉動速度為360°/s，設置仿真時間為5s，仿真步長為0.01s。
3.2爬坡分析
正常工作過程中，巡檢機器人需要具有一定的爬坡能力，以上坡行進為例。圖中AB為高壓輸電線路，其與水平面所形成的角度記為∂，巡檢機器人正常工作時兩條機械臂始終保持豎直狀態掛線，圖中平行四邊形機構CDEF在巡檢機器人行進過程中，CD，EF邊始終與輸電線路保持平行，故EF邊與水平面所形成的角度為∂。以C，D，E，F四點為連接點所形成的平行四連桿機構對角線ED與水平面所形成最大角度時巡檢機器人的爬坡能力最強。仿真結束后測量兩行走輪驅動力矩如圖7所示。從圖中可以看出5s時刻，行走機構I開始爬坡，此時行走輪的驅動力矩也隨著增大，在9s左右行走機構II開始爬坡，存在與行走機構I相同的現象，此時需要的驅動力矩也增大。當行走機構完全與帶有傾斜角度的輸電線接觸時，需求的力矩也要比水平行走時大將近4倍。
4結論
本文設計了一種基于平行四連桿越障機構的巡檢機器人，并通過ADAMS建立巡檢機器人的虛擬樣機模型，對機器人水平行走和爬坡運動進行了動力學仿真分析，仿真分析將為實際的控制和載荷能力分析提供參考。
作者:李夢飛 孟欣 馬帥 秦濤 單位:襄陽汽車職業技術學院汽車工程學院 湖北文理學院機械工程學院