·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