·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