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中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)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(hào)
05208338
專業(yè)班級(jí)
08機(jī)制三班
指導(dǎo)教師
楊義勇
職稱
教授
單 位
中國(guó)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(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志。我國(guó)自1987年實(shí)施國(guó)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(dòng)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(guó)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(cè)相關(guān)的成熟方案，落后的人工檢測(cè)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(cè)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(guó)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(guó)家電力系統(tǒng)帶來極其嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致全國(guó)各地不同程度的大范圍長(zhǎng)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(guó)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(duì)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(duì)于輸電鐵塔的檢測(cè)機(jī)器人用于輸電鐵塔的安全檢測(cè)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(dòng)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(guó)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(cè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，提出一種用于輸電鐵塔檢測(cè)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(cè)、除冰機(jī)器人已經(jīng)成為了熱點(diǎn)。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)來說起步較早，例如在20世紀(jì)80年代末,日本、美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)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(duì)輸電鐵塔的檢測(cè)機(jī)器人研究并不成熟。但國(guó)外的壁面攀爬機(jī)器人發(fā)展技術(shù)相對(duì)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(cè)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(dòng)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(dòng)過程，并對(duì)壁面移動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(guó)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(guó)家相對(duì)落后，在國(guó)家“863”高技術(shù)計(jì)劃的支持下，國(guó)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(dòng)機(jī)器人這一領(lǐng)域處于國(guó)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(duì)我國(guó)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(guó)的第一臺(tái)用于檢查核廢液儲(chǔ)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(guó)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(guó)內(nèi)外目前的研究成果來看，一般來說壁面移動(dòng)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(dòng)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(jiǎn)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(dòng)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(zhǎng)一段的距離。按運(yùn)動(dòng)方式分，可以分為連續(xù)移動(dòng)和交替移動(dòng)兩大類。連續(xù)移動(dòng)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(dòng)連續(xù)，移動(dòng)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(dòng)，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(dòng)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(dòng)一段距離然后吸附，再讓前一組脫離吸附，往前移動(dòng)。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(dòng)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(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度大。吸附方式與運(yùn)動(dòng)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(chǎng)合選用吸附和移動(dòng)方式。
研究?jī)?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(dòng)形式和動(dòng)力裝置。第三：模擬除冰機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)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(dòng)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(duì)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(dòng)裝置時(shí)也要對(duì)其功率和傳動(dòng)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(duì)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(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)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