·494 智能系统学报 第5卷 成)，通过质心调节机构可改变机器人的重心位 的行走能力，不可能实现抬手跨越或躲避障碍物的 置，并在结构设计中采用了一些被动运动关节.图3 动作，限制了机器人跨越障碍行走的能力.因此，采 为加拿大学者提出的电力巡检机器人系统.机器人 用单点悬挂形式的机器人只适合在单档距小范围内 通过水平布置的导轨机构实现前后2组手臂的越障 使用 运动8]. 采用双点悬挂的机器人（以下简称为双臂机器 人)跨越障碍时，以一只手臂将机器人支撑在线路 上，另一只手臂松开，运动到某一目标位置后重新抓 线，2只手臂交替运动，完成机器人跨越障碍物的运 动过程.可以看出，双臂机器人在跨越障碍过程中会 出现单挂点悬挂支撑状态， 2机器人单臂悬挂状态时的行走特点 及机器人手部机构设计 以机器人单点悬挂状态为例，分析机器人重心 的作用特点.对于可双点悬挂的机器人，当机器人处 图1中科院沈阳自动化研究所巡检机器人样机 于双点悬挂状态时，只要合理布置2挂点之间的距 Fig.1 Power line inspection robot,Shenyang Institute of 离使之与机器人的爬坡角度相适应，机器人的重心 Automation,Academy of Sciences,China 处于2挂点之间，机器人将处于稳定状态.但机器人 在跨越障碍的过程中还是无法避开单点悬挂的情 况，因此首先以单点悬挂状态对机器人重心的影响 进行分析. 图4(a)为机器人单点悬挂状态示意图.架空线 路与水平面的夹角（坡度）为0，机器人重心与线路 图2日本HB0T公司研制的电力巡检机器人样机 的垂直距离为h,机器人重量为G,机器人挂点的宽 Fig.2 Expliner-robot for inspection of transmission lines, 度为d(挂点处的结构一般设计成夹爪，或行走轮， HiBot Corp.,Tokyo Institute of Technology,Kan- 亦或夹爪与行走轮的组合结构).图4所示为夹爪/ sai Electric Power Corp.(KEPCO),and J-Power 行走轮组合形式 Systems Corp.(JPS),Japan d 图3加拿大魁北克电力研究院研制的巡检机器人样机 (a)单臂支撑状态(b)双臂支撑状态 Fig.3 Power line inspection and maintenance robot,Hydro- 图4机器人单点及双点悬挂状态简图 Quebec Research Institute (IREQ),Canada Fig.4 Robot suspended by single and two arms 为了与架空输电线路相适应，机器人在沿线行 如挂点处只有轮子，机器人将在自身重力的作 走和跨越杆塔障碍的过程中一般应处于倒置悬挂状 用下调整到图4(a)虚线所示姿态.当挂点处设计有 态，即机器人的重心应始终位于线路的下方，以提高 夹子时，将由夹子提供平衡力，与重力矩平衡，保持 机器人的稳定性。 机器人姿态不变，参见图4(a)实线所示姿态.假定 机器人在线路上悬挂的方式可以有单点悬挂、 夹子两端作用到线路的一对平衡力为N,则有 双点悬挂以及多点悬挂等多种形式.采用单点悬挂 Nd=Ghsin0.以0=30°为例，当d=150mm、h= 方式时，只有在挂点处安装上行走轮，才可以让机器 500mm、G=40kg时，须提供的平衡力为N= 人运动起来.机器人仅仅具有前进或后退2个方向 653.7N.假定夹子与线路导线之间的摩擦系数为