第11卷第2期 智能系统学报 Vol.11 No.2 2016年4月 CAAI Transactions on Intelligent Systems Apr.2016 D0I:10.11992/is.201511032 网s络出版地址：http:/www.cnki.net/kcms/detail/23.1538.TP.20160408.1048.002.html 一种110kV输电线路巡检机器人机构研究 岳湘2，王洪光，姜勇，张珏3，张成巍3，席宁 (1.中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁沈阳110016：2.中国科学院大学，北京100049：3.广州供电局有限公司，广 东广州510620) 摘要：针对110kV输电线路环境特点及巡检任务需求，提出了一种新型巡检机器人机构，介绍了机器人的机构构 型和两种典型障碍物的越障流程，推导了机器人的运动学方程，给出了机器人机构的主要尺寸，分析了典型越障模 式下机器人手臂的工作空间。规划了机器人跨越引流线的运动序列并进行了越障仿真与模拟环境的试验，仿真试 验结果表明该机构能够跨越引流线、耐张线夹等复杂障碍物，验证了机构设计的合理性，运动规划的可行性，该机构 具有结构紧凑、越障能力强、运动平稳等特点。 关键词：输电线路；巡检：机器人；机构设计：运动学：作业空间；越障；仿真 中图分类号：TP24文献标志码：A文章编号：1673-4785(2016)02-0155-08 中文引用格式：岳湘，王洪光，姜勇，等.一种110kV输电线路巡检机器人机构研究[J].智能系统学报，2016,11(2)：155-162. 英文引用格式：YUE Xiang,WANG Hongguang,JIANG Yong,etal.Design approach for a 110 kV power transmission line inspec- tion robot mechanism[J].CAAI transactions on intelligent systems,2016,11(2):155-162. Design approach for a 110 kV power transmission line inspection robot mechanism YUE Xiang'2,WANG Hongguang',JIANG Yong',ZHANG Yu',ZHANG Chengwei3,XI Ning' (1.Shenyang Institute of Automation,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China;2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China;3.Guangzhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corporation,Guangzhou 510620, China) Abstract:A novel mechanism for 110 kV power transmission line inspection robot is presented according to the re- quirements of inspection tasks and characteristics of obstacles on power lines.Its configuration is introduced,and the navigation process of typical obstacles is planned.Then,the kinematics equations and the workspace are estab- lished.Furthermore,the simulation of the navigation of the strain clamp and test of navigation the jumper in the la- boratory have been carried out.The simulation results demonstrate that the mechanism has such characteristics as compact construction,good motion stability and excellent obstacle negotiation capability. Keywords:transmission line;inspection;robot;mechanism design;kinematics;workspace;navigation;simula- tion 超高压输电线路巡检是为了掌握线路的运行状 精细巡检以及易于操作等优点，逐渐成为线路巡检 况，及时发现电力设施的缺陷和沿线通道情况，为输 的一个新的研究方向。机器人机构设计是机器人研 电线路检修提供资料。较传统的人工巡检，输电线 究的一项关键技术)，机器人机构是机器人巡检作 路巡检机器人具有巡检费用低、安全可靠、可近距离 业工具的载体，为机器人快速可靠地进行巡检作业 提供保障。国内外多家研究机构对输电线路巡检机 收稿日期：2015-12-02.网络出版日期：2016-04-08， 基金项目：国家自然科学基金项目(61179049). 器人开展了研究。1988年日本东京电力公司研制 通信作者：岳湘.E-mail:yuexiang@sia.cn 了具有初步越障能力的光纤复合架空地线巡检机器
第 １１ 卷第 ２ 期 智 能 系 统 学 报 Ｖｏｌ．１１ №．２ ２０１６ 年 ４ 月 ＣＡＡＩ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ａｐｒ． ２０１６ ＤＯＩ：１０．１１９９２ ／ ｔｉｓ．２０１５１１０３２ 网络出版地址：ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ ／ ｋｃｍｓ／ ｄｅｔａｉｌ ／ ２３．１５３８．ＴＰ．２０１６０４０８．１０４８．００２．ｈｔｍｌ 一种 １１０ ｋＶ 输电线路巡检机器人机构研究 岳湘１，２ ，王洪光１ ，姜勇１ ，张珏３ ，张成巍３ ，席宁１ （１．中国科学院 沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 １１００１６； ２．中国科学院大学，北京 １０００４９； ３． 广州供电局有限公司，广 东 广州 ５１０６２０ ） 摘 要：针对 １１０ ｋＶ 输电线路环境特点及巡检任务需求，提出了一种新型巡检机器人机构，介绍了机器人的机构构 型和两种典型障碍物的越障流程，推导了机器人的运动学方程，给出了机器人机构的主要尺寸，分析了典型越障模 式下机器人手臂的工作空间。 规划了机器人跨越引流线的运动序列并进行了越障仿真与模拟环境的试验，仿真试 验结果表明该机构能够跨越引流线、耐张线夹等复杂障碍物，验证了机构设计的合理性，运动规划的可行性，该机构 具有结构紧凑、越障能力强、运动平稳等特点。 关键词：输电线路；巡检；机器人；机构设计；运动学；作业空间；越障；仿真 中图分类号： ＴＰ２４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３⁃４７８５（２０１６）０２⁃０１５５⁃０８ 中文引用格式：岳湘，王洪光，姜勇， 等． 一种 １１０ ｋＶ 输电线路巡检机器人机构研究［Ｊ］． 智能系统学报， ２０１６， １１（２）： １５５⁃１６２． 英文引用格式：ＹＵＥ Ｘｉａｎｇ， ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇｇｕａｎｇ， ＪＩＡＮＧ Ｙｏｎｇ， ｅｔ ａｌ． Ｄｅｓｉｇｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ａ １１０ ｋＶ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃ⁃ ｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ［Ｊ］． ＣＡＡＩ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍｓ， ２０１６， １１（２）： １５５⁃１６２． Ｄｅｓｉｇｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ａ １１０ ｋＶ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ＹＵＥ Ｘｉａｎｇ １ ，２ ， ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇｇｕａｎｇ １ ， ＪＩＡＮＧ Ｙｏｎｇ １ ， ＺＨＡＮＧ Ｙｕ ３ ， ＺＨＡＮＧ Ｃｈｅｎｇｗｅｉ ３ ， ＸＩ Ｎｉｎｇ １ （１． Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００１６， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４９， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６２０， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｏｖｅｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ １１０ ｋＶ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅ⁃ ｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｔａｓｋｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｏｂｓｔａｃｌｅｓ ｏｎ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅｓ． Ｉｔｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ｏｂｓｔａｃｌｅｓ ｉｓ ｐｌａｎｎｅｄ． Ｔｈｅｎ， ｔｈｅ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｋｓｐａｃｅ ａｒｅ ｅｓｔａｂ⁃ ｌｉｓｈｅｄ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ， ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｃｌａｍｐ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｏｆ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｔｈｅ ｊｕｍｐｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｌａ⁃ ｂｏｒａｔｏｒｙ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ． Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｈａｓ ｓｕｃｈ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｓ ｃｏｍｐａｃｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， ｇｏｏｄ ｍｏｔｉｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｎｅｇｏｔｉａｔｉｏｎ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ； ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ； ｒｏｂｏｔ； ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｄｅｓｉｇｎ； ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ； ｗｏｒｋｓｐａｃｅ； ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ； ｓｉｍｕｌａ⁃ ｔｉｏｎ 收稿日期：２０１５⁃１２⁃０２． 网络出版日期：２０１６⁃０４⁃０８． 基金项目：国家自然科学基金项目（６１１７９０４９）． 通信作者：岳湘． Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｙｕｅｘｉａｎｇ＠ ｓｉａ．ｃｎ 超高压输电线路巡检是为了掌握线路的运行状 况，及时发现电力设施的缺陷和沿线通道情况，为输 电线路检修提供资料。 较传统的人工巡检，输电线 路巡检机器人具有巡检费用低、安全可靠、可近距离 精细巡检以及易于操作等优点，逐渐成为线路巡检 的一个新的研究方向。 机器人机构设计是机器人研 究的一项关键技术［１］ ，机器人机构是机器人巡检作 业工具的载体，为机器人快速可靠地进行巡检作业 提供保障。 国内外多家研究机构对输电线路巡检机 器人开展了研究。 １９８８ 年日本东京电力公司研制 了具有初步越障能力的光纤复合架空地线巡检机器
·156 智能系统学报 第11卷 人[]，该机器人自身携带辅助导轨，越障时机器人 1 任务需求与环境描述 需沿辅助导轨越过障碍物。这种机器人行走机构具 有结构紧凑，驱动力矩大的特点。但是机器人自身 根据110kV架空输电线路的巡检任务需求，巡 过重，对电池供电有更高要求。日本NTT实验室的 检机器人需在110kV输电线路架空导线上行走，可 Takeshi Tsujimura等提出了一种在架空线路上行走 跨越线路障碍，携带和操作可见光摄像机和红外热 的机器人跨越障碍物的方法。机器人的机械设计上 成像仪，分别对线路结构及其通道进行观测检查，如 采用一个slider-crank机构原理。这个样机的机械 导/地线的受损情况、发热情况、压接管的工作状况、 系统比较简单，同时控制系统也比较简单，但是由于 线路绝缘情况、线路通道情况等，采用微波通讯方式 运动模式的限制，这个样机只能跨越特定类型的障 将图像传输至地面控制基站，并在地面控制基站上 碍物。HiBot公司和日本东京工业大学等开发了一 显示摄像机拍摄的巡检图像，110kV输电线路环境 种在具有双线结构的500kv及以上输电导线上巡 示意如图1所示。输电线路主要由耐张塔，直线塔、 检并跨越障得的遥操作机器人Expliner1)。该机 架空地线、导线、耐张塔引流线、防振锤及绝缘子等 构通过机械臂调整机器人质心位置的方式跨越障碍 组成。其中导线上的主要障碍物包括防振锤、悬垂 物，该机器人能够跨越直线杆塔和间隔棒，越障方式 线夹、耐张线夹、耐张塔引流线、并沟线夹等。 简单，该机器人的缺点是结构不紧凑、尺寸较大，主 110kV输电线的导线线径较500kV或更高等级电 要应用于多分裂导线。加拿大魁北克水电研究院开 压的输电线路导线更细，线路的承载能力较低，因此 发了一种在带电导线上巡检的机器人LineScout,由 需要对机器人质量更严格地控制。由于110kV输 一个行走机构和一个手臂机构组成，采用蠕动方式 电线路导线之间的距离较小，根据输电线带电作业 规范，为满足安全距离的要求，机器人结构尺寸必须 交替跨越障碍物，机器人被设计成至少可跨越6种 更加紧凑，同时由于拉线的存在，拉线与引流线间的 可能的障碍序列，越障过程中始终双处抓线，越障过 距离比较小，进一步限制了机器人的结构尺寸。 程稳定，可跨越防振锤、绝缘子，但不能跨越转角 塔34)。中科院自动化研究所和山东科技大学共同 地线 研制开发了110kV的输电线巡检机器人，该机器人 由3个柔性摆动臂机构、自走驱动装置等组成，综合 导线 引流线 了多关节分体式机构和轮臂复合机构的优点。该机 器人结合了轮式移动和步进式蠕动爬行2种运动方 拉线 式，保证了一定的行走速度，且机器人整体刚度大， 姿态稳定性好，越障能力强，但是机器人由三臂组 (a)110kV输电线路 成，关节数量多，机器人重量大，控制复杂。中科院 沈阳自动化研究所自2002年研究开发了AApe系 列架空输电线路巡检机器人，该类机器人一般采用 轮臂复合式机构，越障能力强，行走速度快，通过质 (b)耐张线夹(c)防振锤(d)悬垂线夹 心调节机构能够提高机器人越障稳定性，该机器人 图1110kV输电线路环境示意图 可以在直线杆塔线路段自主行驶和巡检，通过架设 Fig.1 Environment schematic of 110 kV transmission line 辅助导轨的方式跨越耐张杆塔。这些机器人都具有 机器人沿输电线导线巡检作业时，需要跨越直 一定的越障能力，但跨越耐张杆塔的能力还存在较 线塔和耐张塔。直线塔处的主要障碍物为悬垂线 大的不足。 夹、防振锤。耐张塔处的主要障碍物为耐张线夹、引 针对110kV输电线路环境特点及巡检任务需 流线等。耐张塔引流线是耐张绝缘子串的耐张线夹 求，借鉴已有机构的优点，提出了一种新型巡检机器 间的电气连接线，这段导线自由地悬挂在绝缘子下 人机构，这种新型机构由行走机构、手臂机构、机架 面。耐张塔引流线由于两端无张紧力所以呈柔索状 和质心调节机构组成，该机构能够同时应用于导线 的姿态，是一种复杂的空间曲线，它的弯曲方向存在 不确定性。为实现全线路行走的目标，机器人必须 和地线不同线路环境，能够跨越引流线、耐张线夹等 具备跨越直线塔、耐张塔处障碍物的能力，由上述环 复杂障碍物，越障流程简单易于控制，行走时安全性 境描述可知，如何跨越耐张塔引流线是越障的难点。 好等特点。 由于耐张塔引流线跨距大，机器人无法直接跨越，必
人［２］ ，该机器人自身携带辅助导轨，越障时机器人 需沿辅助导轨越过障碍物。 这种机器人行走机构具 有结构紧凑，驱动力矩大的特点。 但是机器人自身 过重，对电池供电有更高要求。 日本 ＮＴＴ 实验室的 Ｔａｋｅｓｈｉ Ｔｓｕｊｉｍｕｒａ 等提出了一种在架空线路上行走 的机器人跨越障碍物的方法。 机器人的机械设计上 采用一个 ｓｌｉｄｅｒ⁃ｃｒａｎｋ 机构原理。 这个样机的机械 系统比较简单，同时控制系统也比较简单，但是由于 运动模式的限制，这个样机只能跨越特定类型的障 碍物。 ＨｉＢｏｔ 公司和日本东京工业大学等开发了一 种在具有双线结构的 ５００ ｋｖ 及以上输电导线上巡 检并跨越障碍的遥操作机器人 Ｅｘｐｌｉｎｅｒ ［１ ⁃ ２］ 。 该机 构通过机械臂调整机器人质心位置的方式跨越障碍 物，该机器人能够跨越直线杆塔和间隔棒，越障方式 简单，该机器人的缺点是结构不紧凑、尺寸较大，主 要应用于多分裂导线。 加拿大魁北克水电研究院开 发了一种在带电导线上巡检的机器人 ＬｉｎｅＳｃｏｕｔ，由 一个行走机构和一个手臂机构组成，采用蠕动方式 交替跨越障碍物，机器人被设计成至少可跨越 ６ 种 可能的障碍序列，越障过程中始终双处抓线，越障过 程稳定，可跨越防振锤、绝缘子，但不能跨越转角 塔［３ ⁃ ４］ 。 中科院自动化研究所和山东科技大学共同 研制开发了 １１０ ｋＶ 的输电线巡检机器人，该机器人 由 ３ 个柔性摆动臂机构、自走驱动装置等组成，综合 了多关节分体式机构和轮臂复合机构的优点。 该机 器人结合了轮式移动和步进式蠕动爬行 ２ 种运动方 式，保证了一定的行走速度，且机器人整体刚度大， 姿态稳定性好，越障能力强，但是机器人由三臂组 成，关节数量多，机器人重量大，控制复杂。 中科院 沈阳自动化研究所自 ２００２ 年研究开发了 ＡＡｐｅ 系 列架空输电线路巡检机器人，该类机器人一般采用 轮臂复合式机构，越障能力强，行走速度快，通过质 心调节机构能够提高机器人越障稳定性，该机器人 可以在直线杆塔线路段自主行驶和巡检，通过架设 辅助导轨的方式跨越耐张杆塔。 这些机器人都具有 一定的越障能力，但跨越耐张杆塔的能力还存在较 大的不足。 针对 １１０ ｋＶ 输电线路环境特点及巡检任务需 求，借鉴已有机构的优点，提出了一种新型巡检机器 人机构，这种新型机构由行走机构、手臂机构、机架 和质心调节机构组成，该机构能够同时应用于导线 和地线不同线路环境，能够跨越引流线、耐张线夹等 复杂障碍物，越障流程简单易于控制，行走时安全性 好等特点。 １ 任务需求与环境描述 根据 １１０ ｋＶ 架空输电线路的巡检任务需求，巡 检机器人需在 １１０ ｋＶ 输电线路架空导线上行走，可 跨越线路障碍，携带和操作可见光摄像机和红外热 成像仪，分别对线路结构及其通道进行观测检查，如 导／ 地线的受损情况、发热情况、压接管的工作状况、 线路绝缘情况、线路通道情况等，采用微波通讯方式 将图像传输至地面控制基站，并在地面控制基站上 显示摄像机拍摄的巡检图像，１１０ ｋＶ 输电线路环境 示意如图 １ 所示。 输电线路主要由耐张塔，直线塔、 架空地线、导线、耐张塔引流线、防振锤及绝缘子等 组成。 其中导线上的主要障碍物包括防振锤、悬垂 线夹、 耐 张 线 夹、 耐 张 塔 引 流 线、 并 沟 线 夹 等。 １１０ ｋＶ输电线的导线线径较 ５００ ｋＶ 或更高等级电 压的输电线路导线更细，线路的承载能力较低，因此 需要对机器人质量更严格地控制。 由于 １１０ ｋＶ 输 电线路导线之间的距离较小，根据输电线带电作业 规范，为满足安全距离的要求，机器人结构尺寸必须 更加紧凑，同时由于拉线的存在，拉线与引流线间的 距离比较小，进一步限制了机器人的结构尺寸。 图 １ １１０ ｋＶ 输电线路环境示意图 Ｆｉｇ．１ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ １１０ ｋＶ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ 机器人沿输电线导线巡检作业时，需要跨越直 线塔和耐张塔。 直线塔处的主要障碍物为悬垂线 夹、防振锤。 耐张塔处的主要障碍物为耐张线夹、引 流线等。 耐张塔引流线是耐张绝缘子串的耐张线夹 间的电气连接线，这段导线自由地悬挂在绝缘子下 面。 耐张塔引流线由于两端无张紧力所以呈柔索状 的姿态，是一种复杂的空间曲线，它的弯曲方向存在 不确定性。 为实现全线路行走的目标，机器人必须 具备跨越直线塔、耐张塔处障碍物的能力，由上述环 境描述可知，如何跨越耐张塔引流线是越障的难点。 由于耐张塔引流线跨距大，机器人无法直接跨越，必 ·１５６· 智 能 系 统 学 报 第 １１ 卷
第2期 岳湘，等：一种110kV输电线路巡检机器人机构研究 ·157. 须完成引流线上的爬行。由于跳线的无张紧力和导 节机构提高了机器人的越障稳定性，所以该机器人 线的柔性特点，当机器人行走在耐张塔引流线上时， 机构具有结构紧凑、姿态调整能力强、越障能力强、 机器人与跳线会互相影响，引流线的姿态会发生很 越障稳定性高的特点。 大的变形，这给机器人行走越障造成了极大的困难， 2.2跨越单挂点悬垂线夹 机器人机构必须具备较高的姿态调节能力和较好的 机器人沿110kV输电线导线巡检作业时，跨越 稳定性才能跨越这种复杂多变的障碍物，同时越障 的障碍物主要为单挂点悬垂线夹和耐张塔引流线， 时应尽量减小对导线的损伤。 下面分析两种典型障碍物的越障机理。 2巡检机器人构型分析 当机器人前轮遇到单悬垂金具时，在接近传感 器的作用下，使机器人停下，见图3。此时，调节质 21巡检机器人构型分析 心到后臂，前轮升起并回转脱线，后轮驱动机器人前 图2为机器人机构简图，该机构由行走机构、手 进，使前行走机构越障，当前行走机构跨越悬垂线夹 臂机构、机架和质心调节机构组成。 后，前行走机构回转并下降完成落线，调节机器人质 后臂 前臂 心到前臂，后轮升起并回转脱线，前轮驱动机器人前 进，使后行走机构越障，当后行走机构跨越悬垂线夹 后，后轮回转下降完成落线，调节机器人质心到两臂 中间，完成机器人跨越单挂点悬垂线夹。 图2机器人机构简图 Fig.2 Structure schematic of robot 两手臂对称放置在机架两侧，结构完全一样。 图3机器人跨越单悬垂金具过程 行走机构包括行走轮、两个夹爪和一个俯仰关节，通 Fig.3 Process of robot crossing the single clamper 过行走轮，机器人能够沿导线滚动行走，通过两个夹 2.3跨越引流线过程 爪，能够完成对导线的夹持任务，通过俯仰关节1或 引流线本身的特性造成了机器人越障的困难， 2能够调整行走机构的姿态，从而适应具有一定角 当机器人需要跨越引流线时，根据机器人在引流不 度的导线。机器人手臂机构采用操作臂结构，手臂 同位置所需的越障方法把引流线划分为3个区段： 机构上端连接行走机构，下端安装在机架上。通过 耐张线夹段、引流线大角度段、引流线平缓段。机器 伸缩关节3或4能够使行走机构上下移动，完成机 人的越障规划在这3个阶段分别规划，从而提高机 器人行走机构的脱线或落线。回转关节5或6能够 器人的越障能力和越障效率，使机器人能够顺利通 驱动行走机构绕竖直轴线回转，辅助机器人行走机 过引流线。图4所示为引流线的不同区段划分。 构的落线和异面直线的跨越。移动关节7或8驱动 移动机构前后移动，驱动行走机构越障。质心调节 机构通过移动关节9调节电气箱的位置，从而实现 质心调节，使机器人越障过程中姿态能够稳定地保 持。当机器人遇到障碍物时，抓线手臂上端行走机 构中的俯仰关节处于被动状态，通过质心调节机构 耐张流线！ 引流线耐张 使机器人重心保持在挂线手臂的下方，此时夹紧输 线夹大角度 流绸平缓处 大角度线夹 电线的行走机构将只受到一个向下的重力，而没有 图4引流线区段划分图 弯矩，从而降低对输电线的损伤和减小输电线变形， Fig.4 The diagram of jumper sections 能够降低机器人越障难度和提高越障的稳定性，同 机器人跨越引流线流程如图5。当机器人 时满足输电线巡检机器人作业要求。 运动到耐张线夹处，机器人采用悬摆模式跨越 本机构通过采用多自由度操作臂结构，提高了 耐张线夹。后行走机构脱线，并通过手臂各关 机器人越障能力和姿态调整的灵活性，通过质心调 节联动驱动后行走机构跨越耐张线夹，然后后
须完成引流线上的爬行。 由于跳线的无张紧力和导 线的柔性特点，当机器人行走在耐张塔引流线上时， 机器人与跳线会互相影响，引流线的姿态会发生很 大的变形，这给机器人行走越障造成了极大的困难， 机器人机构必须具备较高的姿态调节能力和较好的 稳定性才能跨越这种复杂多变的障碍物，同时越障 时应尽量减小对导线的损伤。 ２ 巡检机器人构型分析 ２．１ 巡检机器人构型分析 图 ２ 为机器人机构简图，该机构由行走机构、手 臂机构、机架和质心调节机构组成。 图 ２ 机器人机构简图 Ｆｉｇ．２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｒｏｂｏｔ 两手臂对称放置在机架两侧，结构完全一样。 行走机构包括行走轮、两个夹爪和一个俯仰关节，通 过行走轮，机器人能够沿导线滚动行走，通过两个夹 爪，能够完成对导线的夹持任务，通过俯仰关节 １ 或 ２ 能够调整行走机构的姿态，从而适应具有一定角 度的导线。 机器人手臂机构采用操作臂结构，手臂 机构上端连接行走机构，下端安装在机架上。 通过 伸缩关节 ３ 或 ４ 能够使行走机构上下移动，完成机 器人行走机构的脱线或落线。 回转关节 ５ 或 ６ 能够 驱动行走机构绕竖直轴线回转，辅助机器人行走机 构的落线和异面直线的跨越。 移动关节 ７ 或 ８ 驱动 移动机构前后移动，驱动行走机构越障。 质心调节 机构通过移动关节 ９ 调节电气箱的位置，从而实现 质心调节，使机器人越障过程中姿态能够稳定地保 持。 当机器人遇到障碍物时，抓线手臂上端行走机 构中的俯仰关节处于被动状态，通过质心调节机构 使机器人重心保持在挂线手臂的下方，此时夹紧输 电线的行走机构将只受到一个向下的重力，而没有 弯矩，从而降低对输电线的损伤和减小输电线变形， 能够降低机器人越障难度和提高越障的稳定性，同 时满足输电线巡检机器人作业要求。 本机构通过采用多自由度操作臂结构，提高了 机器人越障能力和姿态调整的灵活性，通过质心调 节机构提高了机器人的越障稳定性，所以该机器人 机构具有结构紧凑、姿态调整能力强、越障能力强、 越障稳定性高的特点。 ２．２ 跨越单挂点悬垂线夹 机器人沿 １１０ ｋＶ 输电线导线巡检作业时，跨越 的障碍物主要为单挂点悬垂线夹和耐张塔引流线， 下面分析两种典型障碍物的越障机理。 当机器人前轮遇到单悬垂金具时，在接近传感 器的作用下，使机器人停下，见图 ３。 此时，调节质 心到后臂，前轮升起并回转脱线，后轮驱动机器人前 进，使前行走机构越障，当前行走机构跨越悬垂线夹 后，前行走机构回转并下降完成落线，调节机器人质 心到前臂，后轮升起并回转脱线，前轮驱动机器人前 进，使后行走机构越障，当后行走机构跨越悬垂线夹 后，后轮回转下降完成落线，调节机器人质心到两臂 中间，完成机器人跨越单挂点悬垂线夹。 图 ３ 机器人跨越单悬垂金具过程 Ｆｉｇ．３ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｒｏｂｏｔ ｃｒｏｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｃｌａｍｐｅｒ ２．３ 跨越引流线过程 引流线本身的特性造成了机器人越障的困难， 当机器人需要跨越引流线时，根据机器人在引流不 同位置所需的越障方法把引流线划分为 ３ 个区段： 耐张线夹段、引流线大角度段、引流线平缓段。 机器 人的越障规划在这 ３ 个阶段分别规划，从而提高机 器人的越障能力和越障效率，使机器人能够顺利通 过引流线。 图 ４ 所示为引流线的不同区段划分。 图 ４ 引流线区段划分图 Ｆｉｇ．４ Ｔｈｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｊｕｍｐｅｒ ｓｅｃｔｉｏｎｓ 机器人跨越引流线流程如图 ５。 当机器人 运动到耐张线夹处，机器人采用悬摆模式跨越 耐张线夹。 后行走机构脱线，并通过 手 臂 各 关 节联动驱动后行走机构跨越耐张线夹，然后后 第 ２ 期 岳湘，等：一种 １１０ ｋＶ 输电线路巡检机器人机构研究 ·１５７·
·158, 智能系统学报 第11卷 行走机构落线并抓紧引流线，前行走机构脱线， 表1机构参数 并通过手臂各关节驱动前行走机构跨越耐张线 Table 1 Parameters of mechanism 夹，前行走机构落线并抓紧引流线，通过前后行 机器人参数大小或运动范围 走机构交替越障，机器人顺利跨越耐张线夹。 450-900mm 当机器人行走在引流线的大角度处，机器人通 d 0-400mm 过悬摆模式越障，通过2个手臂的行走机构交 1000mm 替跨越障碍的方式来进行越障。引流线底部较 R 120mm 平坦处，后行走机构抓紧输电线，前行走机构沿 ho 300mm 线路行走。当两臂间距达到设定值后，前行走 8 -90°-90° 机构抓紧导线，后行走机构沿线路行走，当两臂 d 0-450mm 间距达到设定值后，交替重复以上动作，实现机 器人尺蠖式前行，在此过程中通过质心调节机 8, -90°-90° 构的调整可以改变机器人的重心，优化沿线行 4.2 运动学分析 走的行走机构的附着力，增大机器人驱动牵引 当机器人越障过程中，机器人的一个行走机构 力，提高机器人的爬坡能力。 抓紧输电线以支撑整个系统，另一个行走机构运动 到目标位置和姿态完成抓线，夹紧输电线后前一个 行走机构脱线，2个行走机构交替抓线完成越障。 (a)遇到障碍物停止 (b)悬摆式跨越耐张线夹 +HHON r印一 (d)悬摆式跨越大角度引流线 Z (c)双臂跨越耐张线夹 A: 图6机构坐标系 图5引流线越障流程 Fig.6 D-H coordinates Fig.5 Process of navigating jumper 当机器人单臂挂线时，机器人挂线手臂上的移 3 结构参数设计与工作空间分析 动机构抓紧输电线，该移动机构上的俯仰关节处于 被动状态，通过质心调节机构使机器人重心保持在 考虑到悬垂绝缘子检测机器人向上移动的过程 挂线手臂的下方，所以该俯仰关节的自由度处于约 中，机构的收缩与伸展运动过程是类似的，这里仅对 束状态。两个手臂的伸缩关节轴线平行，连个伸缩 机构收缩的运动过程进行分析。 关节的自由度为1，两个手臂的移动关节的轴线也 3.1推进机构运动学正反解 处于平行状态，所以两个移动关节的自由度为1。 将机器人前后两条手臂分别表示为前臂和 综前所述，本巡检机器人机构的自由度为5。 后臂，每条手臂具有4个自由度，分别为俯仰关 行走机构对于参考坐标系的位置和姿态可以用 节0，、手臂伸缩关节d,、腕关节回转0，以及水平 一个矩阵来表示，即 移动关节d,。机器人运动参数及结构参数如图 n o a 2所示，图中h表示机器人箱体长度，h、d、l分别 T= 0001 (1) 表示手臂的长度、两臂间距和导轨长度，R表示 式中：n、o、a为行走机构的姿态矢量，p为行走机构 行走轮半径。 的位置矢量。虽然实现三维空间的任意位姿需要机 考虑图1所示110kV输电线路上障碍物的尺 器人具有6自由度，由于输电线巡检机器人行走机 寸以及机器人跨越障碍物的方式，初步确定机器人 构落线时总是与输电线在一个平面内，在这种情况 具体结构参数及运动参数如表1所示。 下5自由度机器人就可以满足要求，从而完成越障
行走机构落线并抓紧引流线，前行走机构脱线， 并通过手臂各关节驱动前行走机构跨越耐张线 夹，前行走机构落线并抓紧引流线，通过前后行 走机构 交 替 越 障， 机 器 人 顺 利 跨 越 耐 张 线 夹。 当机器人行走在引流线的大角度处，机器人通 过悬摆模式越障，通过 ２ 个手臂的行走机构交 替跨越障碍的方式来进行越障。 引流线底部较 平坦处，后行走机构抓紧输电线，前行走机构沿 线路行走。 当两臂间距达到设定值 后，前 行 走 机构抓紧导线，后行走机构沿线路行走，当两臂 间距达到设定值后，交替重复以上动作，实现机 器人尺蠖式前行，在此过程中通过质心调节机 构的调整可以改变机器人的重心，优化沿线行 走的行走机构的附着力，增大机器人驱动牵引 力，提高机器人的爬坡能力。 图 ５ 引流线越障流程 Ｆｉｇ．５ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｎａｖｉｇａｔｉｎｇ ｊｕｍｐｅｒ ３ 结构参数设计与工作空间分析 考虑到悬垂绝缘子检测机器人向上移动的过程 中，机构的收缩与伸展运动过程是类似的，这里仅对 机构收缩的运动过程进行分析。 ３．１ 推进机构运动学正反解 将机器人前后两条手臂分别表示为前臂和 后臂，每条手臂具有 ４ 个自由度，分别为俯仰关 节 θ１ 、手臂伸缩关节 ｄ３ 、腕关节回转 θ５ 以及水平 移动关节 ｄ７ 。 机器人运动参数及结构参数如图 ２ 所示，图中 ｈ０表示机器人箱体长度，ｈ、ｄ、ｌ 分别 表示手臂的长度、两臂间距和导轨长度，Ｒ 表示 行走轮半径。 考虑图 １ 所示 １１０ ｋＶ 输电线路上障碍物的尺 寸以及机器人跨越障碍物的方式，初步确定机器人 具体结构参数及运动参数如表 １ 所示。 表 １ 机构参数 Ｔａｂｌｅ １ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ 机器人参数 大小或运动范围 ｈ ４５０～ ９００ ｍｍ ｄ ０～ ４００ ｍｍ ｌ １ ０００ ｍｍ Ｒ １２０ ｍｍ ｈ ０ ３００ ｍｍ θ１ －９０° ～ ９０° ｄ３ ０～ ４５０ ｍｍ θ１ －９０° ～ ９０° ４．２ 运动学分析 当机器人越障过程中，机器人的一个行走机构 抓紧输电线以支撑整个系统，另一个行走机构运动 到目标位置和姿态完成抓线，夹紧输电线后前一个 行走机构脱线，２ 个行走机构交替抓线完成越障。 图 ６ 机构坐标系 Ｆｉｇ．６ Ｄ⁃Ｈ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ 当机器人单臂挂线时，机器人挂线手臂上的移 动机构抓紧输电线，该移动机构上的俯仰关节处于 被动状态，通过质心调节机构使机器人重心保持在 挂线手臂的下方，所以该俯仰关节的自由度处于约 束状态。 两个手臂的伸缩关节轴线平行，连个伸缩 关节的自由度为 １，两个手臂的移动关节的轴线也 处于平行状态，所以两个移动关节的自由度为 １。 综前所述，本巡检机器人机构的自由度为 ５。 行走机构对于参考坐标系的位置和姿态可以用 一个矩阵来表示，即 Ｔ ＝ ｎ ｏ ａ ｐ ０ ０ ０ １ é ë ê ê ù û ú ú （１） 式中：ｎ、ｏ、ａ 为行走机构的姿态矢量，ｐ 为行走机构 的位置矢量。 虽然实现三维空间的任意位姿需要机 器人具有 ６ 自由度，由于输电线巡检机器人行走机 构落线时总是与输电线在一个平面内，在这种情况 下 ５ 自由度机器人就可以满足要求，从而完成越障。 ·１５８· 智 能 系 统 学 报 第 １１ 卷
第2期 岳湘，等：一种110kV输电线路巡检机器人机构研究 ·159. 机器人初始姿态和坐标系的建立如图7。根据 4.3机器人工作空间分析 机器人运动学的D-H描述方法[)，每一个位姿： 利用蒙特卡洛方法，可得到机器人操作臂跨越 ce -s0: 0 a:-1 障碍物时的工作空间。当机器人沿线路行走时，耐 s0;ca:-1 c0;ca1 -sa; disai-1 张线夹为尺寸最大的障碍物，机器人行走机构需要 i-1T= s0isa:-1 c0isai-1 cai-1 dicqi-1 到达引流线下方并抓紧引流线，在此过程中需要保 0 0 0 1 证行走机构与耐张塔处的各种电力金具不发生干 式中：c0:=cos0:,s0,=sin0:,ca:=c0sa;,sa:= 涉。图7为机器人的作业空间。 sin Qio 1OC 于是行走机构目标端的位姿可以表示为 0.5 st =tTttst (2) 0 -0.5 表2连杆参数表 -1.0 Table 2 Link variable parameters 0.5 1.0 i a1- 关节变量 5/m 0 0.5 1200 0 d190° -450≤d1≤450 -0.51.0-0.50xm 2 0 0 30002 T/4≤0，≤3T/4 0.6 3 400 90° d 0 -600≤d3≤600 0.4 4 0 -90°30004 -3π/4≤04≤-π/4 0.2 5 0 90° 0 -π/3≤0≤π/3 0 60 02000 0.2 对于输电线导线，为使行走机构能够夹住目标 -0.4 线路，必须满足以下2个条件：1)行走机构能移动 .0.6 到达目标位置：2)行走机构的开合方向与线路倾斜 方向垂直。其中，行走机构的位置矢量由式(1)中p 0.8100.6-0.20.20.60 X/m 给出，其姿态矢量由式(1)中n、0、a给出。设抓取 0.5 目标线路的方向矢量为[ab,c:],位置矢量为p= 0.3 [PP,P]。 0.1 令n=[ab,c.]T并将式(1)代入式(2)中得： n o a p -0.1 -TTTTST 0001 -0.3 等式两边依次左乘矩阵T1,把关节变量依 次分离出来求解。由于矢量n和p提供了6个已知 0.51.0 -0.6 -0.20.20.61.0 量，在解偶过程中可以分别解出5个关节变量的值， X/m 0.5 表1为关节参数表： d,=P:-600 0.3 0s arcsin c. 0. 0,arcsin/n2/(1 -n2)-arcsin (n,/n,) 4=（,+m,P.-400e:n,+40s,-200n.) -0. (nc2+n,s2） -0.3 0,=-arcsin.√n/(1-n) 当解出关节变量值分别都在各关节的极限转角 -0 -0.8 -0.4 0 0.4 0.8 范围内时，机器人便可以实现输电线的抓取，从而实 X/m 现越障。 图7机器人作业空间 Fig.7 Workspace of robot
机器人初始姿态和坐标系的建立如图 ７。 根据 机器人运动学的 Ｄ⁃Ｈ 描述方法［１２］ ，每一个位姿： ｉ－１ ｉ Ｔ ＝ ｃθｉ － ｓθｉ ０ ａｉ－１ ｓθｉ ｃαｉ－１ ｃθｉ ｃαｉ－１ － ｓαｉ － ｄｉ ｓαｉ－１ ｓθｉ ｓαｉ－１ ｃθｉ ｓαｉ－１ ｃαｉ－１ ｄｉ ｃαｉ－１ ０ ０ ０ １ é ë ê ê ê ê ê ù û ú ú ú ú ú 式中： ｃθｉ ＝ ｃｏｓ θｉ ， ｓθｉ ＝ ｓｉｎθｉ ， ｃαｉ ＝ ｃｏｓ αｉ ， ｓαｉ ＝ ｓｉｎ αｉ。 于是行走机构目标端的位姿可以表示为 ０ ５Ｔ ＝ ０ １Ｔ １ ２Ｔ ２ ３Ｔ ３ ４Ｔ ４ ５Ｔ （２） 表 ２ 连杆参数表 Ｔａｂｌｅ ２ Ｌｉｎｋ ｖａｒｉａｂｌｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉ ａｉ－１ αｉ－１ ｄｉ θｉ 关节变量 １ ２００ ０ ｄ１ ９０° － ４５０ ≤ ｄ１ ≤ ４５０ ２ ０ ０ ３００ θ２ π／ ４ ≤ θ２ ≤ ３π／ ４ ３ ４００ ９０° ｄ３ ０ － ６００ ≤ ｄ３ ≤ ６００ ４ ０ －９０° ３００ θ４ － ３π／ ４ ≤ θ４ ≤－ π／ ４ ５ ０ ９０° ０ θ５ － π／ ３ ≤ θ５ ≤ π／ ３ ６ ０ ０ ２００ ０ 对于输电线导线，为使行走机构能够夹住目标 线路，必须满足以下 ２ 个条件：１） 行走机构能移动 到达目标位置；２） 行走机构的开合方向与线路倾斜 方向垂直。 其中，行走机构的位置矢量由式（１）中 ｐ 给出，其姿态矢量由式（１）中 ｎ、ｏ、ａ 给出。 设抓取 目标线路的方向矢量为［ ａｘ ｂｙ ｃｚ ］，位置矢量为 ｐ ＝ ［ｐｘ ｐｙ ｐｚ］ Ｔ 。 令 ｎ ＝ ［ａｘ ｂｙ ｃｚ］ Ｔ 并将式（１）代入式（２）中得： ｎ ｏ ａ ｐ ０ ０ ０ １ é ë ê ê ù û ú ú ＝ ０ １Ｔ １ ２Ｔ ２ ３Ｔ ３ ４Ｔ ４ ５Ｔ 等式两边依次左乘矩阵 ｉ－１ ｉ Ｔ －１ ，把关节变量依 次分离出来求解。 由于矢量 ｎ 和 ｐ 提供了 ６ 个已知 量，在解偶过程中可以分别解出 ５ 个关节变量的值， 表 １ 为关节参数表： ｄ１ ＝ ｐｚ － ６００ θ５ ＝ ａｒｃｓｉｎ ｃｚ θ２ ＝ ａｒｃｓｉｎ ｎ ２ ｘ ／ （１ － ｎ ２ ｚ ） － ａｒｃｓｉｎ （ｎｘ ／ ｎｙ） ｄ３ ＝ （ｎｙ ｐｙ ＋ ｎｘ ｐｘ － ４００ｃ２ ｎｙ ＋ ４００ｓ２ ｎｘ － ２００ｎｘ） （ｎｘ ｃ２ ＋ ｎｙ ｓ２ ） θ４ ＝ － ａｒｃｓｉｎ ｎ ２ ｘ ／ （１ － ｎ ２ ｚ ） 当解出关节变量值分别都在各关节的极限转角 范围内时，机器人便可以实现输电线的抓取，从而实 现越障。 ４．３ 机器人工作空间分析 利用蒙特卡洛方法，可得到机器人操作臂跨越 障碍物时的工作空间。 当机器人沿线路行走时，耐 张线夹为尺寸最大的障碍物，机器人行走机构需要 到达引流线下方并抓紧引流线，在此过程中需要保 证行走机构与耐张塔处的各种电力金具不发生干 涉。 图 ７ 为机器人的作业空间。 图 ７ 机器人作业空间 Ｆｉｇ．７ Ｗｏｒｋｓｐａｃｅ ｏｆ ｒｏｂｏｔ 第 ２ 期 岳湘，等：一种 １１０ ｋＶ 输电线路巡检机器人机构研究 ·１５９·
·160 智能系统学报 第11卷 由图7可以看出，线路障碍物的尺寸都在作业 图9(a)是各关节速度曲线，图9(b)是机器人 空间内，所以当机器人跨越障碍物时，均可以在机器 末端在X、Y、Z3个方向上的位移sS,曲线，图 人工作空间内找到一条路径使脱线行走机构由障碍 9(c)为未端速度u在XY、Z分量心，.曲线，可 区域一侧运动到障碍区域的另一侧，表明该机器人 知，该机构的越障过程是通过6个关节的联动实现。 具备跨越复杂障碍物的能力。 由以上仿真分析可以看到，机器人可以跨越耐 4运动仿真验证 张线夹，并顺利沿引流线行走完成输电线巡检工作。 40 4.1越障仿真分析 机器人跨越引流线是两手臂交替前行的方式跨 20 越障碍物，所以机器人仿真过程只进行单臂跨越障 10 碍物的仿真分析。 30 60 90 120 如前文所述，考虑到耐张线夹处越障空间狭小 (a)关节速度曲线 和机器人越障安全稳定的要求，机器人应尽量避免 ×10 过多关节的联动。根据障碍物和环境的特点，规划 机器人末端的运动轨迹为图8所示。 ww/s -10 0 40 80 120 ()末端位移曲线 20 -20 号40 三 60 40 80 120 (c)末端速度曲线 图8机器人末端运动轨迹 图9越障运动曲线 Fig.8 Trajectory of the strain clamp navigation Fig.9 Curve of navigation movement 首先机器人通过后臂的伸缩关节d,使机器人 4.2试验验证 末端由G。到达G,位置，通过后臂的关节0，使机器 在实验室搭建了110kV引流线线路模型，模拟 人末端由G,到达G,位置，通过前臂的伸缩关节d, 现场的线路环境，进行机器人引流线的通过实验。 使机器人末端由G,到达G位置，通过关节d,和d 环境模型的主要参数：导线型号为LCJ-185/30正常 使机器人末端由G,到达G,位置，依次使机器人的末 型钢芯铝绞线，跨距为4000mm,最大弧垂为 端到达Gs,从而使机器人跨越耐张线夹。采用step 1450mm,导线的最大倾斜角度为80°，耐张线夹型 函数规划各关节速度，step函数为 号为NLD-4型，并沟线夹型号为JB-4。 本次试验的主要目的： Step(x,xo,ho,x1,h1)= 1)验证机器人机构设计的合理性； ho,x≤xo 2)运动规划的可行性； 2 h,+(h,-)(-)(3-2二0). 3)引流线的通过能力。 x1-x0 x1-X0 试验的主要步骤为： Xo x <X1 1)将机器人以两臂间距420mm、质心在两臂中 h1,x≥x1 间的状态放置在实验线路的一端。驱动机器人以 仿真由机器人检测到耐张线夹时开始，如图9 10mm/s的速度趋近防振锤，机器人减速接近防振 所示，该位置为机器人的初始位置，前轮中心为坐标 锤，并跨越防振锤，如图10(a)所示。 零点，通过后手爪脱线，两臂交替使后轮跨越耐张线 2)后臂脱线并交错跨越耐张线夹，落在引流线 夹，此时机器人末端目标点坐标为Gs(0.35,-0.33, 上并用后臂手爪抓紧引流线，如图10(b)~(©)。 -0.28)。 3)另一手臂脱线并交错跨越耐张线夹，交错后
由图 ７ 可以看出，线路障碍物的尺寸都在作业 空间内，所以当机器人跨越障碍物时，均可以在机器 人工作空间内找到一条路径使脱线行走机构由障碍 区域一侧运动到障碍区域的另一侧，表明该机器人 具备跨越复杂障碍物的能力。 ４ 运动仿真验证 ４．１ 越障仿真分析 机器人跨越引流线是两手臂交替前行的方式跨 越障碍物，所以机器人仿真过程只进行单臂跨越障 碍物的仿真分析。 如前文所述，考虑到耐张线夹处越障空间狭小 和机器人越障安全稳定的要求，机器人应尽量避免 过多关节的联动。 根据障碍物和环境的特点，规划 机器人末端的运动轨迹为图 ８ 所示。 图 ８ 机器人末端运动轨迹 Ｆｉｇ．８ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｃｌａｍｐ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ 首先机器人通过后臂的伸缩关节 ｄ３ 使机器人 末端由 Ｇ０ 到达 Ｇ１位置，通过后臂的关节 θ５ 使机器 人末端由 Ｇ１到达 Ｇ２位置，通过前臂的伸缩关节 ｄ４ 使机器人末端由 Ｇ２到达 Ｇ３位置，通过关节 ｄ７ 和 ｄ８ 使机器人末端由 Ｇ３到达 Ｇ４位置，依次使机器人的末 端到达 Ｇ８ ，从而使机器人跨越耐张线夹。 采用 ｓｔｅｐ 函数规划各关节速度，ｓｔｅｐ 函数为 Ｓｔｅｐ（ｘ，ｘ０ ，ｈ０ ，ｘ１ ，ｈ１ ） ＝ ｈ０ ，ｘ ≤ ｘ０ ｈ０ ＋ （ｈ１ － ｈ０ ） （ ｘ － ｘ０ ｘ１ － ｘ０ ） ２ （３ － ２ ｘ － ｘ０ ｘ１ － ｘ０ ）， ｘ０ ＜ ｘ ＜ ｘ１ ｈ１ ， ｘ ≥ ｘ１ ì î í ï ï ïï ï ï ïï 仿真由机器人检测到耐张线夹时开始，如图 ９ 所示，该位置为机器人的初始位置，前轮中心为坐标 零点，通过后手爪脱线，两臂交替使后轮跨越耐张线 夹，此时机器人末端目标点坐标为 Ｇ８（０．３５，－０．３３， －０．２８）。 图 ９（ａ）是各关节速度曲线，图 ９（ ｂ）是机器人 末端在 Ｘ、Ｙ、Ｚ ３ 个方向上的位移 ｓｘ、ｓｙ、ｓｚ 曲线，图 ９（ｃ）为末端速度 ｖ 在 Ｘ、Ｙ、Ｚ 分量 ｖｘ、ｖｙ、ｖｚ 曲线，可 知，该机构的越障过程是通过 ６ 个关节的联动实现。 由以上仿真分析可以看到，机器人可以跨越耐 张线夹，并顺利沿引流线行走完成输电线巡检工作。 图 ９ 越障运动曲线 Ｆｉｇ．９ Ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ４．２ 试验验证 在实验室搭建了 １１０ ｋＶ 引流线线路模型，模拟 现场的线路环境，进行机器人引流线的通过实验。 环境模型的主要参数：导线型号为 ＬＣＪ⁃１８５ ／ ３０ 正常 型钢 芯 铝 绞 线， 跨 距 为 ４ ０００ ｍｍ， 最 大 弧 垂 为 １ ４５０ ｍｍ，导线的最大倾斜角度为 ８０°，耐张线夹型 号为 ＮＬＤ⁃４ 型，并沟线夹型号为 ＪＢ⁃４。 本次试验的主要目的： １）验证机器人机构设计的合理性； ２）运动规划的可行性； ３）引流线的通过能力。 试验的主要步骤为： １）将机器人以两臂间距 ４２０ ｍｍ、质心在两臂中 间的状态放置在实验线路的一端。 驱动机器人以 １０ ｍｍ ／ ｓ 的速度趋近防振锤，机器人减速接近防振 锤，并跨越防振锤，如图 １０（ａ）所示。 ２）后臂脱线并交错跨越耐张线夹，落在引流线 上并用后臂手爪抓紧引流线，如图 １０（ｂ） ～ （ｃ）。 ３）另一手臂脱线并交错跨越耐张线夹，交错后 ·１６０· 智 能 系 统 学 报 第 １１ 卷
第2期 岳湘，等：一种110kV输电线路巡检机器人机构研究 ·161· 抓紧引流线，如图10(d)所示，跨越耐张线夹完成。 参考文献： [1]SAWADA J,KUSUMOTO K,MUNAKATA Y,et al.A mo- bile robot for inspection of power transmission lines[J]. IEEE transactions on power delivery,1991,6(1):309- 315. (a)跨越耐张线夹 (b)后臂脱线跨越 [2]MOROZOVSKY N,BEWLEY T.SkySweeper:A low DOF, dynamic high wire robot[C]//Proceedings of 2013 IEEE RSJ International Conference on Intelligent Robots and Sys- tems.Tokyo,Japan:IEEE,2013:2339-2344. [3]TOTH J,POULIOT N,MONTAMBAULT S.Field experi- ences using LineScout technology on large BC transmission (c)后臂抓线 (d)前臂交叉跨越 crossings[C]//Proceedings of the 1st International Confer- ence on Applied Robotics for the Power Industry.Montreal, OC,Canada:IEEE,2010. [4]PEUNGSUNGWAL S,PUNGSIRI B,CHAMNONGTHAI K,et al.Autonomous robot for a power transmission line in- spection[C]//Proceedings of the 2001 IEEE International (e)后臂交叉跨越 ()后臂抓线 Symposium on Circuits and Systems.Sydney,NSW,Aus- tralia:EEE,2001:121-124. [5]DEBENEST P,GUARNIERI M.Expliner-From prototype towards a practical robot for inspection of high-voltage lines [C]//Proceedings of the 1st International Conference on Applied Robotics for the Power Industry.Montreal,QC, (g)滚动行走 (h)滚动行走 Canada IEEE,2010. 图10机器人跨越引流线试验图 [6]PHILLIPS A,ENGDAHL E,MCGUIRE D,et al.Autono- Fig.10 Jumper navigation process mous overhead transmission line inspection robot (TI)de- velopment and demonstration[C]//Proceedings of the 2nd 4)机器人所处引流线倾角小于-20°，采取交错 International Conference on Applied Robotics for the Power 方式在引流线上行走，如图10(e)~(f)。 Industry (CARPI).Zurich:IEEE,2012:94-95. 5)机器人所处引流线倾角小于20°，采取滚动 [7]吴功平，肖晓晖，肖华，等.架空高压输电线路巡线机 方式在引流线上行走，如图10(g)~(h)。 器人样机研制[J].电力系统自动化，2006,30(13)：90- 6)机器人以上述类似方式跨越前方剩余的耐 93,107. 张线夹。 WU Gongping,XIAO Xiaohui,XIAO Hua,et al.Develop- 试验结构表明机器人能够完成从相线到引流线 ment of a mobile inspection robot for high voltage power 再到相线的跨越，验证了机器人机构设计的可行性， transmission line[J].Automation of electric power systems, 表明机器人具备跨越耐张杆塔的能力。 2006,30(13):90-93,107. [8]WANG Hongguang,JIANG Yong,LIU Aihua,et al.Re- 5结束语 search of power transmission line maintenance robots in SIA- 针对110kV输电线路环境特点和机器人巡检 CAS[C]//Proceedings of the 1st International Conference 任务需求，提出了一种新型巡检机器人机构。分析 on Applied Robotics for the Power Industry.Montreal,QC, Canada:IEEE,2010. 和仿真试验结果表明，采用轮臂复合式机构并通过 [9]孙翠莲，王洪光，王鲁单，等.一种改进的超高压输电 增加一个腕关节，提高了机器人跨越障碍物的能力 线路巡检机器人越障方法[J].机器人，2006,28(4)： 和越障灵活性，同时采用质心调节机构提高了机器 379-384. 人的运动平稳性。与现有的巡检机器人机构相比， SUN Cuilian,WANG Hongguang,WANG Ludan,et al.An 本文提出的机构具结构紧凑，越障能力强，运动平稳 improved obstacle navigation method for ultra-high voltage 等优点，因而更具有实用价值。 power line inspection robot[J].Robot,2006,28(4):379-
抓紧引流线，如图 １０（ｄ）所示，跨越耐张线夹完成。 图 １０ 机器人跨越引流线试验图 Ｆｉｇ．１０ Ｊｕｍｐｅｒ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ４）机器人所处引流线倾角小于－２０°，采取交错 方式在引流线上行走，如图 １０（ｅ） ～ （ｆ）。 ５）机器人所处引流线倾角小于 ２０°，采取滚动 方式在引流线上行走，如图 １０（ｇ） ～ （ｈ）。 ６）机器人以上述类似方式跨越前方剩余的耐 张线夹。 试验结构表明机器人能够完成从相线到引流线 再到相线的跨越，验证了机器人机构设计的可行性， 表明机器人具备跨越耐张杆塔的能力。 ５ 结束语 针对 １１０ ｋＶ 输电线路环境特点和机器人巡检 任务需求，提出了一种新型巡检机器人机构。 分析 和仿真试验结果表明，采用轮臂复合式机构并通过 增加一个腕关节，提高了机器人跨越障碍物的能力 和越障灵活性，同时采用质心调节机构提高了机器 人的运动平稳性。 与现有的巡检机器人机构相比， 本文提出的机构具结构紧凑，越障能力强，运动平稳 等优点，因而更具有实用价值。 参考文献： ［１］ＳＡＷＡＤＡ Ｊ， ＫＵＳＵＭＯＴＯ Ｋ， ＭＵＮＡＫＡＴＡ Ｙ， ｅｔ ａｌ． Ａ ｍｏ⁃ ｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ ［ Ｊ］． ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｐｏｗｅｒ ｄｅｌｉｖｅｒｙ， １９９１， ６ （ １）： ３０９⁃ ３１５． ［２］ＭＯＲＯＺＯＶＳＫＹ Ｎ， ＢＥＷＬＥＹ Ｔ． ＳｋｙＳｗｅｅｐｅｒ： Ａ ｌｏｗ ＤＯＦ， ｄｙｎａｍｉｃ ｈｉｇｈ ｗｉｒｅ ｒｏｂｏｔ［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ２０１３ ＩＥＥＥ／ ＲＳＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｏｂｏｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓ⁃ ｔｅｍｓ． Ｔｏｋｙｏ， Ｊａｐａｎ： ＩＥＥＥ， ２０１３： ２３３９⁃２３４４． ［３］ ＴＯＴＨ Ｊ， ＰＯＵＬＩＯＴ Ｎ， ＭＯＮＴＡＭＢＡＵＬＴ Ｓ． Ｆｉｅｌｄ ｅｘｐｅｒｉ⁃ ｅｎｃｅｓ ｕｓｉｎｇ ＬｉｎｅＳｃｏｕｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ ｌａｒｇｅ ＢＣ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｒｏｓｓｉｎｇｓ［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒ⁃ ｅｎｃｅ ｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ｍｏｎｔｒｅａｌ， ＱＣ， Ｃａｎａｄａ： ＩＥＥＥ， ２０１０． ［４］ ＰＥＵＮＧＳＵＮＧＷＡＬ Ｓ， ＰＵＮＧＳＩＲＩ Ｂ， ＣＨＡＭＮＯＮＧＴＨＡＩ Ｋ， ｅｔ ａｌ． Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ ａ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｉｎ⁃ ｓｐｅｃｔｉｏｎ［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００１ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｓｙｄｎｅｙ， ＮＳＷ， Ａｕｓ⁃ ｔｒａｌｉａ： ＩＥＥＥ， ２００１： １２１⁃１２４． ［５］ ＤＥＢＥＮＥＳＴ Ｐ， ＧＵＡＲＮＩＥＲＩ Ｍ． Ｅｘｐｌｉｎｅｒ⁃Ｆｒｏｍ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｔｏｗａｒｄｓ ａ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ⁃ｖｏｌｔａｇｅ ｌｉｎｅｓ ［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ｍｏｎｔｒｅａｌ， ＱＣ， Ｃａｎａｄａ ： ＩＥＥＥ， ２０１０． ［６］ＰＨＩＬＬＩＰＳ Ａ， ＥＮＧＤＡＨＬ Ｅ， ＭＣＧＵＩＲＥ Ｄ， ｅｔ ａｌ． Ａｕｔｏｎｏ⁃ ｍｏｕｓ ｏｖｅｒｈｅａｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ （ ＴＩ） ｄｅ⁃ ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ［ Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２ｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ （ＣＡＲＰＩ）． Ｚｕｒｉｃｈ： ＩＥＥＥ， ２０１２： ９４⁃９５． ［７］吴功平， 肖晓晖， 肖华， 等． 架空高压输电线路巡线机 器人样机研制［Ｊ］． 电力系统自动化， ２００６， ３０（１３）： ９０⁃ ９３， １０７． ＷＵ Ｇｏｎｇｐｉｎｇ， ＸＩＡＯ Ｘｉａｏｈｕｉ， ＸＩＡＯ Ｈｕａ， ｅｔ ａｌ． Ｄｅｖｅｌｏｐ⁃ ｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｍｏｂｉｌｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ［Ｊ］． Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ， ２００６， ３０（１３）： ９０⁃９３， １０７． ［８］ ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇｇｕａｎｇ， ＪＩＡＮＧ Ｙｏｎｇ， ＬＩＵ Ａｉｈｕａ， ｅｔ ａｌ． Ｒｅ⁃ ｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｒｏｂｏｔｓ ｉｎ ＳＩＡ⁃ ＣＡＳ［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １ｓｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｏｗｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ｍｏｎｔｒｅａｌ， ＱＣ， Ｃａｎａｄａ： ＩＥＥＥ， ２０１０． ［９］孙翠莲， 王洪光， 王鲁单， 等． 一种改进的超高压输电 线路巡检机器人越障方法［ Ｊ］． 机器人， ２００６， ２８（ ４）： ３７９⁃３８４． ＳＵＮ Ｃｕｉｌｉａｎ， ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇｇｕａｎｇ， ＷＡＮＧ Ｌｕｄａｎ， ｅｔ ａｌ． Ａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｏｂｓｔａｃｌｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｕｌｔｒａ⁃ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ［Ｊ］． Ｒｏｂｏｔ， ２００６， ２８（４）： ３７９⁃ 第 ２ 期 岳湘，等：一种 １１０ ｋＶ 输电线路巡检机器人机构研究 ·１６１·
.162. 智能系统学报 第11卷 384 作者简介： [10]FUKUDA T,SAITO F,ARAI F.A study on the brachia- 岳湘，男，1986年生，博士，主要 tion type of mobile robot (heuristic creation of driving input 研究方向为机器人机构设计。 and control using CMAC)[C]//Proceedings of IROS '91. IEEE/RSJ International Workshop on Intelligent Robots and Systems 91.Intelligence for Mechanical Systems.Osa- ka,Japan:IEEE,1991:478-483 [11]HAN S S,LEE J M.Path-selection control of a power line 王洪光，男，1965年生，研究员， inspection robot using sensor fusion[C]//Proceedings of 博士生导师，主要研究方向为机器人 IEEE International Conference on Multisensor Fusion and 机构学、特种机器人和机电一体化技术 Integration for Intelligent Systems.Seoul,Korea:IEEE, 等.发表学术论文170余篇，获得发明 2008:8-13. 和实用新型专利40余项。 [12]POULIOT N,MONTAMBAULT S.Geometric design of the LineScout,a teleoperated robot for power line inspection 姜勇，男，1975年生，副研究员，主 and maintenance[C]//Proceedings of IEEE International 要研究方向为机器人智能控制、嵌入式 Conference on Robotics and Automation.Pasadena,CA. 系统、特种机器人系统及应用。发表学 USA:IEEE.2008. 术论文20余篇，参与编写专著2部。 第9届智能代理和人工智能国际会议 International Conference on Agents and Artificial Intelligence The purpose of the International Conference on Agents and Artificial Intelligence is to bring together researchers,en- gineers and practitioners interested in the theory and applications in the areas of Agents and Artificial Intelligence.Two simultaneous related tracks will be held,covering both applications and current research work.One track focuses on A- gents,Multi-Agent Systems and Software Platforms,Distributed Problem Solving and Distributed Al in general.The other track focuses mainly on Artificial Intelligence,Knowledge Representation,Planning,Learning,Scheduling,Perception Reactive AI Systems,and Evolutionary Computing and other topics related to Intelligent Systems and Computational Intelli- gence. Each of these topic areas is expanded below but the sub-topics list is not exhaustive.Papers may address one or more of the listed sub-topics,although authors should not feel limited by them.Unlisted but related sub-topics are also accepta- ble,provided they fit in one of the following main topic areas: 1.Agents 2.Artificial Intelligence Area 1:Agents Area 2:Artificial Intelligence Website:http://www.icaart.org/
３８４． ［１０］ＦＵＫＵＤＡ Ｔ， ＳＡＩＴＯ Ｆ， ＡＲＡＩ Ｆ． Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｂｒａｃｈｉａ⁃ ｔｉｏｎ ｔｙｐｅ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｒｏｂｏｔ （ｈｅｕｒｉｓｔｉｃ ｃｒｅａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｒｉｖｉｎｇ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｓｉｎｇ ＣＭＡＣ）［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＲＯＳ ′９１． ＩＥＥＥ／ ＲＳＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｏｂｏｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ′９１． Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｆｏｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｏｓａ⁃ ｋａ， Ｊａｐａｎ： ＩＥＥＥ， １９９１： ４７８⁃４８３ ［１１］ＨＡＮ Ｓ Ｓ， ＬＥＥ Ｊ Ｍ． Ｐａｔｈ⁃ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｒｏｂｏｔ ｕｓｉｎｇ ｓｅｎｓｏｒ ｆｕｓｉｏｎ ［ Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｕｌｔｉｓｅｎｓｏｒ Ｆｕｓｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｓｅｏｕｌ， Ｋｏｒｅａ： ＩＥＥＥ， ２００８： ８⁃１３． ［１２］ＰＯＵＬＩＯＴ Ｎ， ＭＯＮＴＡＭＢＡＵＬＴ Ｓ． Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ＬｉｎｅＳｃｏｕｔ， ａ ｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｅｄ ｒｏｂｏｔ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ［Ｃ］ ／ ／ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ． Ｐａｓａｄｅｎａ， ＣＡ， ＵＳＡ： ＩＥＥＥ， ２００８． 作者简介： 岳湘， 男， １９８６ 年生， 博士， 主要 研究方向为机器人机构设计。 王洪光， 男， １９６５ 年生， 研究员， 博士生导师， 主要研究方向为机器人 机构学、特种机器人和机电一体化技术 等． 发表学术论文 １７０ 余篇， 获得发明 和实用新型专利 ４０ 余项。 姜勇，男，１９７５ 年生，副研究员，主 要研究方向为机器人智能控制、嵌入式 系统、特种机器人系统及应用。 发表学 术论文 ２０ 余篇，参与编写专著 ２ 部。 第 ９ 届智能代理和人工智能国际会议 Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｇｅｎｔｓ ａｎｄ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｇｅｎｔｓ ａｎｄ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ ｉｓ ｔｏ ｂｒｉｎｇ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ， ｅｎ⁃ ｇｉｎｅｅｒｓ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｔｉｏｎｅｒｓ ｉｎｔｅｒｅｓｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｅａｓ ｏｆ Ａｇｅｎｔｓ ａｎｄ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ． Ｔｗｏ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｒａｃｋｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｈｅｌｄ， ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｂｏｔｈ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｏｒｋ． Ｏｎｅ ｔｒａｃｋ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ Ａ⁃ ｇｅｎｔｓ， Ｍｕｌｔｉ⁃Ａｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍｓ， Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｐｒｏｂｌｅｍ Ｓｏｌｖｉｎｇ ａｎｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ＡＩ ｉｎ ｇｅｎｅｒａｌ． Ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｔｒａｃｋ ｆｏｃｕｓｅｓ ｍａｉｎｌｙ ｏｎ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ， Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ， Ｐｌａｎｎｉｎｇ， Ｌｅａｒｎｉｎｇ， Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ， Ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ Ｒｅａｃｔｉｖｅ ＡＩ Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｔｏｐｉｃｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉ⁃ ｇｅｎｃｅ． Ｅａｃｈ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｔｏｐｉｃ ａｒｅａｓ ｉｓ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｂｅｌｏｗ ｂｕｔ ｔｈｅ ｓｕｂ⁃ｔｏｐｉｃｓ ｌｉｓｔ ｉｓ ｎｏｔ ｅｘｈａｕｓｔｉｖｅ． Ｐａｐｅｒｓ ｍａｙ ａｄｄｒｅｓｓ ｏｎｅ ｏｒ ｍｏｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｓｔｅｄ ｓｕｂ⁃ｔｏｐｉｃｓ， ａｌｔｈｏｕｇｈ ａｕｔｈｏｒｓ ｓｈｏｕｌｄ ｎｏｔ ｆｅｅｌ ｌｉｍｉｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅｍ． Ｕｎｌｉｓｔｅｄ ｂｕｔ ｒｅｌａｔｅｄ ｓｕｂ⁃ｔｏｐｉｃｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ａｃｃｅｐｔａ⁃ ｂｌｅ， ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅｙ ｆｉｔ ｉｎ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｍａｉｎ ｔｏｐｉｃ ａｒｅａｓ： １． Ａｇｅｎｔｓ ２． Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ａｒｅａ １： Ａｇｅｎｔｓ Ａｒｅａ ２： Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ｗｅｂｓｉｔｅ：ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｉｃａａｒｔ．ｏｒｇ ／ ·１６２· 智 能 系 统 学 报 第 １１ 卷