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中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
學(xué)生姓名
李佰君
學(xué)號
05208338
專業(yè)班級
08機(jī)制三班
指導(dǎo)教師
楊義勇
職稱
教授
單 位
中國地質(zhì)大學(xué)
課題性質(zhì)
設(shè)計(jì)■ 論文□
課題來源
科研■ 教學(xué)□ 生產(chǎn)□ 其它□
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目
除冰機(jī)器人機(jī)構(gòu)、控制設(shè)計(jì)
研究的目的及其意義
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人越來越廣泛地應(yīng)用在各行各業(yè)中。機(jī)器人的研究與應(yīng)用水平己經(jīng)成為一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。我國自1987年實(shí)施國家“863“高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃以來，就把智能機(jī)器人研究確立為自動化領(lǐng)域的主體之一。目前，開發(fā)輸電線路機(jī)器人代替人工作業(yè)以提高除冰效率和維護(hù)人員安全以成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。然而在機(jī)器人研究領(lǐng)域并未出現(xiàn)與輸電鐵塔檢測相關(guān)的成熟方案，落后的人工檢測桿塔方法不僅危險(xiǎn)性高，而且缺乏準(zhǔn)確度，無法完全排除安全隱患。因此提出一款用于輸電鐵塔檢測的機(jī)器人代替人工作業(yè)，以提高其工作效率，安全性和準(zhǔn)確性就具有較好的應(yīng)用前景和實(shí)用意義。本論文因此討論一種安全有效的輸電鐵塔攀爬機(jī)構(gòu)用于該類機(jī)器人的研究。
國家電網(wǎng)的快速建設(shè)，超高壓大容量輸電線路的應(yīng)用也越來多，然而電網(wǎng)線路所覆蓋的地理環(huán)境極為復(fù)雜，常常經(jīng)過人跡罕至的崇山峻嶺，這就給輸電線路維護(hù)上造成了很大的困難。特別是在寒冬臘月的時(shí)候，輸電鐵塔和輸電線路往往出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，極易發(fā)生輸電鐵塔倒塌和輸電線路斷裂，給國家電力系統(tǒng)帶來極其嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致全國各地不同程度的大范圍長時(shí)間的停電，嚴(yán)重影響人們的日常生活和企業(yè)的正常安全生產(chǎn)，直接或間接的給國家和人民帶來無法估量的損失。目前已有各種類型的輸電線路除冰機(jī)器人出現(xiàn)，用于除去高壓輸電線上覆蓋的積冰，避免輸電線路發(fā)生斷裂。然而，無論是人工除冰還是機(jī)器人除冰都需要由電力人員爬上輸電鐵塔進(jìn)行操作。因此輸電鐵塔在寒冷嚴(yán)酷的環(huán)境下是否出現(xiàn)了裂紋等安全隱患就關(guān)系到了維護(hù)人員和設(shè)備的安全問題。另外若輸電鐵塔出現(xiàn)隱患對于電網(wǎng)系統(tǒng)也是一個(gè)嚴(yán)重的威脅。基于上述情況，就有必要設(shè)計(jì)一款針對于輸電鐵塔的檢測機(jī)器人用于輸電鐵塔的安全檢測維護(hù)，以解決人工上塔探傷時(shí)危險(xiǎn)性高、準(zhǔn)確性低、勞動強(qiáng)度大、工作效率低的問題。從而確保人員和設(shè)備安全，保證電網(wǎng)安全，在災(zāi)害下挽救更多的國家財(cái)產(chǎn)，最大程度的減少損失。因此本論文在已發(fā)明的壁面攀爬檢測機(jī)器人的基礎(chǔ)上，提出一種用于輸電鐵塔檢測的機(jī)器人代替人工作業(yè)，以提高其工作效率，安全性和準(zhǔn)確性。
研究現(xiàn)狀
目前，研究開發(fā)輸電線路檢測、除冰機(jī)器人已經(jīng)成為了熱點(diǎn)。國外發(fā)達(dá)國家相對來說起步較早，例如在20世紀(jì)80年代末,日本、美國、加拿大等發(fā)達(dá)國家先后開展了高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的研究工作。然而針對輸電鐵塔的檢測機(jī)器人研究并不成熟。但國外的壁面攀爬機(jī)器人發(fā)展技術(shù)相對成熟，一些壁面攀爬機(jī)器人已應(yīng)用在清潔窗戶和墻面或用于檢測偵查。 如：1990年東京工業(yè)大學(xué)的広瀬茂男領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在4足步行機(jī)器人的基礎(chǔ)上開發(fā)NINJA系列4足壁面移動機(jī)器人。其中NINJA-II實(shí)現(xiàn)了地面至壁面、壁面至天花板、壁面至相鄰壁面的移動過程，并對壁面移動機(jī)器人的特有步態(tài)——壁面步態(tài)（Wall Gait）和控制方法進(jìn)行深入研究。其后，該研究小組于1996年又開發(fā)了適應(yīng)高速公路路基大角度護(hù)坡作業(yè)的移動機(jī)器人TITAN VII，該機(jī)器人不僅實(shí)現(xiàn)了在土質(zhì)護(hù)坡上行走的目標(biāo)，還可完成打孔作業(yè)。上述步行式結(jié)構(gòu)的壁面移動機(jī)器人具有越障能力強(qiáng)的特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多組合面轉(zhuǎn)換功能，但控制比較復(fù)雜。
國內(nèi)的機(jī)器人技術(shù)起步于上世紀(jì)80年代，技術(shù)水平較發(fā)達(dá)國家相對落后，在國家“863”高技術(shù)計(jì)劃的支持下，國內(nèi)的機(jī)器人發(fā)展技術(shù)較快。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)在壁面移動機(jī)器人這一領(lǐng)域處于國內(nèi)領(lǐng)先地位，許多科研單位也相繼推出了各自的壁面清洗機(jī)器人。針對我國核工業(yè)發(fā)展的需要，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所自行設(shè)計(jì)并研制我國的第一臺用于檢查核廢液儲罐壁厚及焊縫的壁面爬行式遙控檢查機(jī)器人，填補(bǔ)了國內(nèi)的空白。隨后，哈爾濱工業(yè)大學(xué)又相繼研制出單吸盤真空吸附車輪行走式壁面攀爬機(jī)器人從國內(nèi)外目前的研究成果來看，一般來說壁面移動機(jī)器人，不管其應(yīng)用領(lǐng)域是什么，執(zhí)行什么任務(wù)，都必須具有兩個(gè)基本功能：壁面靜態(tài)定位功能和移動功能。因此可以按照這兩大基本功能進(jìn)行分類。按吸附功能分，主要分為真空吸附、磁吸附兩類。真空吸附的承載能力受真空發(fā)生裝置所能達(dá)到的真空度和壁面環(huán)境的影響，通常承載能力不大。磁吸附法要求壁面必須是導(dǎo)磁材料，如鋼鐵表面等。這類機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單，吸附力遠(yuǎn)大于真空吸附。如推力式，仿壁虎足掌吸附等等，其中仿壁虎足是通過分子間的作用力來吸附的，能夠不受壁面材料和表面狀況的影響，代表了今后壁面移動機(jī)器人發(fā)展的方向，但目前僅處于初步研究階段，離實(shí)用還有很長一段的距離。按運(yùn)動方式分，可以分為連續(xù)移動和交替移動兩大類。連續(xù)移動類機(jī)器人又可分為輪式和履帶式兩類。共同特點(diǎn)是使用輪子行走和轉(zhuǎn)向，運(yùn)動連續(xù)，移動速度快。缺點(diǎn)是一般需要在平面上行走，越障能力不強(qiáng)，不能實(shí)現(xiàn)壁面過渡，與真空吸附配合使用時(shí)，由于吸盤跟著一起運(yùn)動，存在泄漏，因而負(fù)載能力有限。履帶式更是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)向不如輪式靈活。交替移動類機(jī)器人通常有兩個(gè)或者多個(gè)吸盤，分為兩組，一組吸附于壁面，另一組向行進(jìn)方向移動一段距離然后吸附，再讓前一組脫離吸附，往前移動。如此交替進(jìn)行。其特點(diǎn)是越障能力比較強(qiáng)，負(fù)載能力也比較大。但移動速度緩慢。足式機(jī)器人，框架式機(jī)器人等均屬于此類。其中足式機(jī)器人的腿從兩條到八條甚至更多，每條腿都有多個(gè)自由度，因而需要很多的電機(jī)等驅(qū)動機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大。吸附方式與運(yùn)動方式組合，可得各種機(jī)器人，如單吸盤輪式壁面機(jī)器人，足式磁吸附機(jī)器人等，需根據(jù)不同的使用場合選用吸附和移動方式。
研究內(nèi)容：
第一：設(shè)計(jì)除冰機(jī)器人的控制系統(tǒng)。第二：除冰機(jī)器人在線纜上行走的運(yùn)動形式和動力裝置。第三：模擬除冰機(jī)器人的運(yùn)動仿真。第四：除冰的機(jī)構(gòu)在不同的冰層使整體除冰的效果保證最好。
研究方案：
基于冰層強(qiáng)度和溫度的特殊環(huán)境下工作問題的考慮，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該選擇合適的材料，這種材料不但具有較好的強(qiáng)度和剛度，更重要的是，能在較冷的環(huán)境下能穩(wěn)定的工作而不至于是刀具損壞，從而達(dá)到較好的除冰效果，延長刀具的使用壽命，且具有較高的除冰效率。整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也要盡量考慮合理安排動力的分配情況，在保證最好的除冰效果下，減少能量損失。同時(shí)要考慮機(jī)器本身對線纜造成的負(fù)擔(dān)。要選取合適的裝置功率，更加有效的提高除冰效率效率，而不至于使線纜因機(jī)器自身重量過大而造成破壞。在設(shè)計(jì)傳動裝置時(shí)也要對其功率和傳動比進(jìn)行校核。
進(jìn)度安排：
2011年12月21日-31日，在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下查閱資料，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行外文資料閱讀，并翻譯外文資料；
2012年1月1日-1月20日，向指導(dǎo)教師匯報(bào)開發(fā)設(shè)計(jì)進(jìn)展、文獻(xiàn)閱讀情況，并撰寫文獻(xiàn)綜述。完成文獻(xiàn)綜述、外文翻譯的指導(dǎo)工作，將文獻(xiàn)綜述和外文翻譯定稿交與指導(dǎo)老師。經(jīng)指導(dǎo)教師審閱通過后著手畢業(yè)設(shè)計(jì)的繪圖及設(shè)計(jì)說明的寫作。
2012年1月21日-3月6日，開始編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃，進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)的撰寫階段。在假期內(nèi)利用電子郵件等方式與指導(dǎo)教師溝通，修改計(jì)劃和設(shè)計(jì)，指導(dǎo)教師填寫“指導(dǎo)記錄表”。進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)繪圖、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)等階段。
2012年3月8日前，接受學(xué)院、系對開題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、外文譯文的隨機(jī)抽查。提交畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃，經(jīng)指導(dǎo)教師審閱同意后實(shí)施。
2012年3月9日—3月31日，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)雛形，并定期向指導(dǎo)教師匯報(bào)進(jìn)度，聽取指導(dǎo)教師的意見和指導(dǎo)。
2012年4月1日—4月15日，進(jìn)入中期檢查階段，根據(jù)檢查情況，填寫“中期檢查表”。
2012年4月17日前，根據(jù)《中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范》完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的寫作。
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指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
教研室意見：
審查結(jié)果： 同 意□ 不 同 意□
教研室主任簽名：
年 月 日