CN109494618B - 输电线路断股修补机器人的爬坡越障计算方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及输电线路修补技术领域,更具体地说是指一种输电线路断股修补机器人的爬坡越障计算方法。
背景技术
架空高压输电线路在施工的过程中,经常会发生钢芯铝绞线外层绞线磨损、折断等现象,在线路运行中也会由于外力损伤而产生断股和振动断股现象,发现这种情况应及时给予适当的导线修补处理,以免断股的继续扩大而导致机械强度的降低。
目前,市面上已出现了一些自动修补机器人,例如:申请公布号为CN 102593751 A的中国发明专利公开了一种高压输电线路导线修补装置,再如申请公布号为CN 108075396A的中国发明专利公开了一种导地线带电自动修补机器人。以上两种修补机器人,主要依靠电机驱动两个行走轮在输电线路上行走。然而,当输电线路成斜坡状态,且斜坡上有障碍物时,若电机驱动行走轮的推进力太小,将无法满足爬坡要求。而电机太大又使机器人重量增加,为此,我们提供一种输电线路断股修补机器人的爬坡越障计算方法,旨在帮助合理选择电机型号与传动系统。
发明内容
本发明提供一种输电线路断股修补机器人的爬坡越障计算方法,以使电机驱动力大小满足行走轮爬坡越障的需求。
本发明采用如下技术方案:
输电线路断股修补机器人的爬坡越障计算方法,包括如下步骤:
(1)、设定机器人的两个行走轮半径均为r,每个行走轮重量为m,启动速度为v,启动加速时间为t,爬坡角度为锐角 ,机器人整机重量为M;动摩擦力为,系数为;静摩擦力为,系数为;越障高度为h,行走轮中心到障碍物顶面的垂直于斜坡方向的距离为,行走轮与障碍物的接触点到行走轮中心的水平距离为;传送带效率为,减速比为;电机减速机效率为,减速比为;
(2)、爬坡计算方法:a、机器人整机垂直于斜坡的重力分量=Mgcos,机器人整机平行于斜坡的重力分量= Mgsin,每个行走轮的转动惯量为=,经2级减速比换算到电机转轴转动惯量= ,电机启动加速时克服行走轮转动惯量所需力;b、机器人整机启动加速时克服惯性所需的力;c、由于机器人整机靠重力分量的静摩擦力无法保持静止,仍需,选择两个推杆垂直压住导线,推杆重量不计;d、推杆压力与重力分量带来的动摩擦力 (+)=,两个行走轮启动时需要克服力= Mgsin(1+)++,两个行走轮合计扭矩[ Mgsin(1+)++]r;e、爬坡越障时单个行走轮推进,故单个电机启动加速时的扭矩[ Mgsin(1+)++]r ;
(3)、越障计算方法:a、机器人整机的重力力矩,需增加推进力=,转换成行走轮所需增加扭矩 r;b、机器人越障时单个行走轮抬起,只有一个行走轮有推动力,经两级减速得={ [ Mgsin(1+)++]r+ r} ;c、根据求得的大小选择行走轮的电机型号。
由上述对本发明的描述可知,和现有技术相比,本发明具有如下优点:
本发明增加两个推杆垂直压住导线,以使机器人整机垂直方向重力分量的静摩擦力保持静止,同时考虑前行走轮越障,后行走轮正常行走,行走轮爬坡时需要克服自身转动惯量的力、自身的转轴之间的摩擦力与电机转轴的加速力矩(忽略不计),机器人整机惯性的力,机器人整机重力沿导线方向的下滑分力,以及推杆与导线之间的动摩擦力,计算得单个电机启动加速时的扭矩,满足爬坡要求。越障时,单个行走轮抬起,只有一个行走轮有推动力,经2级减速求得越障扭矩,再根据越障扭矩大小选择相应的电机型号,以满足机器人的爬坡越障需求。
附图说明
图1 是本发明行走轮爬坡越障的结构示意图。
图2是4中不同型号电机的转速-扭矩曲线。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明,下面描述到许多细节,但对于本领域技术人员来说,无需这些细节也可实现本发明。
本发明揭示一种输电线路断股修补机器人的爬坡越障计算方法,该发明机器人的两个行走轮分别配设一个电机,每个电机的输出轴分别通过一个传送带传动,传送带另一端连接与行走轮同轴固定的从动轮。具体包括如下步骤:
参照图1,设定机器人的两个行走轮半径均为r,每个行走轮重量为m,启动速度为v,启动加速时间为t,爬坡角度为锐角,机器人整机重量为M;动摩擦力为,系数为;静摩擦力为,系数为;越障高度为h,行走轮中心到障碍物顶面的垂直于斜坡方向的距离为,行走轮与障碍物的接触点到行走轮中心的水平距离为;传送带效率为,减速比为;电机减速机效率为,减速比为。
一、机器人爬坡计算方法:
a、机器人整机垂直于斜坡的重力分量=Mgcos,机器人整机平行于斜坡的重力分量= Mgsin,每个行走轮的转动惯量为=,经2级减速比换算到电机转轴转动惯量= ,电机启动加速时克服行走轮转动惯量所需力;b、机器人整机启动加速时克服惯性所需的力;c、由于机器人整机靠重力分量的静摩擦力无法保持静止,仍需,选择两个推杆垂直压住导线,推杆重量不计;d、推杆压力与重力分量带来的动摩擦力 (+)=,两个行走轮启动时需要克服力= Mgsin(1+)++,两个行走轮合计扭矩[ Mgsin(1+)++]r;e、爬坡越障时单个行走轮推进,故单个电机启动加速时的扭矩[ Mgsin(1+)++]r 。
二、越障计算方法:
a、机器人整机的重力力矩,需增加推进力=,转换成行走轮所需增加扭矩 r;b、机器人越障时单个行走轮抬起,只有一个行走轮有推动力,经两级减速得={ [ Mgsin(1+)++]r+ r} ;c、根据求得的大小选择行走轮的电机型号。
下面以具体的行走轮半径、行走轮速度、斜坡角度等对实施例做进一步说明。
爬坡计算:
越障计算:
(3)、越障时单轮抬起,只有一个轮有推动力,经2级减速,根据图2所示选取雷赛的57CM26型号电机,由于计算条件中留有充分裕量,在行走轮低转速6rpm(电机转速150 rpm)的情况下可以实现30°爬坡越障。
上述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的设计构思并不局限于此,凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动,均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (3)
1.输电线路断股修补机器人的爬坡越障计算方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)、设定机器人的两个行走轮半径均为r,每个行走轮重量为m,启动速度为v,启动加速时间为t,爬坡角度为锐角,机器人整机重量为M;动摩擦力为,系数为;静摩擦力为,系数为;越障高度为h,行走轮中心到障碍物顶面的垂直于斜坡方向的距离为,行走轮与障碍物的接触点到行走轮中心的水平距离为;传送带效率为,减速比为;电机减速机效率为,减速比为;
(2)、爬坡计算方法:a、机器人整机垂直于斜坡的重力分量=Mgcos,机器人整机平行于斜坡的重力分量=Mgsin,每个行走轮的转动惯量为=,经2级减速比换算到电机转轴转动惯量= ,电机启动加速时克服行走轮转动惯量所需力;b、机器人整机启动加速时克服惯性所需的力;c、由于机器人整机靠重力分量的静摩擦力无法保持静止,仍需,选择两个推杆垂直压住导线,推杆重量不计;d、推杆压力与重力分量带来的动摩擦力 (+)=,两个行走轮启动时需要克服力=Mgsin(1+)++,两个行走轮合计扭矩[Mgsin(1+)++]r;e、爬坡越障时单个行走轮推进,故单个电机启动加速时的扭矩[Mgsin(1+)++]r ;
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