关键词：电缆隧道;;巡检机器人;;行走系统;;伸缩系统;;机械系统总体设计;;静力学分析;;动力学分析
摘 要：随着现代城市的发展,输电线缆入地化已经是大势所趋,越来越多的城市启动了地下电缆隧道的建设。为了保证输电可靠性,需要定期对线路进行巡检,但是随着电缆隧道建设规模的扩大,人工巡检已经不能满足需求,而专用机器人的研究和应用是实现输电线缆高效率、低成本巡检的有效途径。本文提出一种电缆隧道巡检机器人机械系统方案,详细设计了其行走系统、伸缩系统和本体系统,并进行了静力学和动力学分析。在理论分析的基础上,研制了用于测试验证的第一代样机。本文主要研究内容如下:1.基于电缆隧道内部环境特点和国内外巡检机器人的研究进展,提出了一种由行走系统、伸缩系统和本体系统三大模块组成的悬吊轨道式电缆隧道巡检机器人机械系统方案。其中:轨道采用可更换式双层嵌套设计。传动机构为齿轮齿条和V形轮组合方式。专门设计了一套双滑块辅助制动机构。提出了一种由丝杆传动和同步带传动组成的多级伸缩系统设计方案。2.结合机器人爬坡、转弯、伸缩等典型工况,对巡检机器人各运动模块所需动力进行了估算,由此确定了行走系统驱动和伸缩系统驱动的电机型号。经爬坡能力和最小转弯半径的分析,结果表明符合巡检机器人总体设计目标。3.对轨道结构与参数进行了静力学分析和优化,确定了轨道截面加强筋的位置以及最优吊装距离。基于静力学分析和优化,确定了伸缩系统与本体系统之间接口的最佳设计参数。4.建立了巡检机器人的三维模型和虚拟样机。针对行走系统和伸缩系统分别独立工作或组合工作的多种工况,仿真分析了行走系统和伸缩系统驱动源输出扭矩,验证了驱动源选型的合理性。制作了第一代测试样机,并对样机的行走系统进行了运动性能测试,验证了仿真结果的正确性。
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