開題報告學(xué)生姓名學(xué)號班級課題名稱除冰機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計課題所屬領(lǐng)域的現(xiàn)狀1國外研究現(xiàn)狀西方一些發(fā)達(dá)國家以及日本等國在該種機(jī)器人方面的研究起步較早，并取得了相應(yīng)的成果。最早在該方向進(jìn)行研究的是加拿大的魁北克電力研究院SergeMontamtault等人經(jīng)過兩年的研究設(shè)計，推出的HQLineROVer遙控小車(如圖1.1），該小車只具備巡視功能，且只能在一條無障礙的線路上進(jìn)行工作。然后在經(jīng)過不斷的升級與改進(jìn)之后，該團(tuán)隊于2006年推出了他的升級款(如圖1.2），使得該小車能夠?qū)€路上的部分障礙物進(jìn)行跨越，但是依舊不具備除冰功能。不過該巡線小車為后續(xù)除冰機(jī)器人的發(fā)展提供了平臺，只要在該小車上將巡線部分改為除冰機(jī)構(gòu)，并重新設(shè)定程序即可。日本東京電力公司也曾經(jīng)研制過一臺巡檢機(jī)器人，該機(jī)器人可以在線路上獨立行走且可以通過其上搭載的前后兩臂進(jìn)行越障。在以后的研究中，并以此為基礎(chǔ)，在其上搭載了除冰機(jī)構(gòu)，主要是利用電暈效應(yīng)進(jìn)行除冰。圖1.1加拿大研制的除冰機(jī)器人圖1.2加拿大研制的除冰機(jī)器人升級版此外，美國，泰國，墨西哥等國家也先后研制過一些該類機(jī)器人，并制造了樣機(jī)進(jìn)行了相應(yīng)的實驗，但基本上都為巡檢機(jī)器人，不具備除冰功能。2國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國在這方面的研究最早起步于上世紀(jì)的九十年代，但卻很少取得成果。最近幾年來，尤其是2008年特大冰雪災(zāi)害之后，我國許多科研院所開始著手對其進(jìn)行更進(jìn)一步的研究，并取得了不錯的成果。其中比較有代表性的是山東大學(xué)與加拿大魁北克水電研究院聯(lián)合開發(fā)的LineROVer小車(如圖1.3)以及武漢大學(xué)吳功平教授團(tuán)隊的機(jī)器人(如圖1.4)。圖1.3LineRover小車圖1.4吳功平教授團(tuán)隊研發(fā)的機(jī)器人其中，山東大學(xué)與加拿大魁北克水電研究院聯(lián)合開發(fā)的小車，他們在遠(yuǎn)程通信與控制、能源動力、防水性能等方面對LineROVer小車做了技術(shù)改進(jìn)，并在小車上卻集成了紅外檢測、壓接管，電阻測量、除冰等帶電作業(yè)功能，但卻沒有賦予其越障能力[8]。武漢大學(xué)吳功平教授團(tuán)隊的除冰機(jī)器人采用了比較特殊的銑削式除冰，該種除冰方式可以避免普通擠壓式除冰方法對輸電線路的損壞。因為目前我國國內(nèi)多采用多分裂式輸電方案，其中多為六分裂式與八分裂式，因此重慶大學(xué)的研究團(tuán)隊開發(fā)了一種可以應(yīng)用于分裂式輸電線路的巡線機(jī)器人，其可以快速穩(wěn)定的通過輸電線路之間的連接架，但是該平臺難以搭載除冰機(jī)構(gòu)進(jìn)行除冰作業(yè)。吳功平教授團(tuán)隊也在最近開發(fā)了可以應(yīng)用于多分裂式輸電線路的機(jī)器人，其越障方式已經(jīng)相對來說較為成熟，但是也僅限于各根導(dǎo)線之間的連接架，對于塔桿以及別的障礙物仍然有所不足?？偨Y(jié)現(xiàn)有的除冰機(jī)器人的除冰方式，主要為擠壓，沖擊，振動等方式。相比與傳統(tǒng)的人工除冰方式，可以減少人員的傷亡，除冰效率也相對來說有一定的提高。與目前比較成熟的直流融冰技術(shù)相比較，雖然在融冰效率上低了許多，但是可以在導(dǎo)線斷開的情況下繼續(xù)作業(yè)。針對效率低的情況，可以每隔一段距離布置一個除冰機(jī)器人來進(jìn)行解決。但是仍有一些關(guān)鍵的問題阻礙著除冰機(jī)器人的大規(guī)模使用，比如，該機(jī)器人無法自動攀爬上導(dǎo)線上進(jìn)行作業(yè)，其雖然可以搭載越障裝置，但是越障能力也有一定的限制，而且其電池的續(xù)航與重量也是在未來需要解決的一個問題。課題重點難點和特色從上世紀(jì)末開始，隨著我國國家電網(wǎng)的快速發(fā)展，已經(jīng)基本實現(xiàn)了家家通電的局面。給國家和人民的生產(chǎn)與發(fā)展帶來了極大的便利，已經(jīng)成為現(xiàn)代社會不可或缺的一部分，同時也成為國家發(fā)展的重要支柱。我國幅員遼闊，緯度跨度較大，不僅僅是在東北地區(qū)，在我國的南方地區(qū)，在冬季時也經(jīng)常會遭受到凍雨的危害。當(dāng)亞歐大陸的大氣環(huán)流出現(xiàn)異常時，冷暖空氣便交匯在我國南方地區(qū)和長江中下游，溫暖潮濕的氣流攜帶大量水氣就會出現(xiàn)凝結(jié)，從而形成雨雪或霧凇，進(jìn)而導(dǎo)致高壓輸電線路發(fā)生覆冰現(xiàn)。當(dāng)覆冰達(dá)到一定厚度時，導(dǎo)線由于熱脹冷縮的緣故就會產(chǎn)生巨大的拉應(yīng)力，并且因為低溫而變脆。在這兩種情況的綜合影響下，輸電線路就會發(fā)生斷裂或者輸電塔發(fā)生倒塌。從而引起大規(guī)模，長時間的斷電，嚴(yán)重影響著人們的生活和國家的發(fā)展。各個國家為了盡可能的減輕該種災(zāi)害的影響，都進(jìn)行了大量的研究工作。常用的除冰方法可以分為機(jī)械除冰和熱力融冰。當(dāng)前機(jī)械除冰主要是通過工人進(jìn)行敲擊，將線路上的覆冰去除，雖然這種方式的效果好，但除冰的效率低，且極易影響工人的生命安全。熱力融冰中的直流融冰技術(shù)目前在我國應(yīng)用較為廣泛，且該種方法的除冰效率極高，可以在十幾分鐘的時間內(nèi)，去除掉約兩百公里的線路覆冰。但進(jìn)行該種作業(yè)必須保證在兩座變電站之間的線路必須為通路狀態(tài)，如若已經(jīng)發(fā)生線路斷裂則無法應(yīng)用。本文在總結(jié)現(xiàn)有除冰機(jī)器人的優(yōu)勢之上，將沖擊式除冰方法與銑削式除冰方式進(jìn)行結(jié)合，搭載在一個除冰機(jī)器人上，使其可以幾乎不受輸電線路上覆冰厚度的影響進(jìn)行作業(yè)。本文針對目前我國常用的各橫截面直徑尺寸不同的高壓輸電線纜設(shè)計一款可以通用的除冰機(jī)器人。結(jié)合實際情況，具體的設(shè)計內(nèi)容如下：1）根據(jù)覆蓋在輸電線路上的各種冰的形成，以及不同種類覆冰的硬度，按照硬度最大的情況進(jìn)行除冰結(jié)構(gòu)中刀具，以及刀具支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并對其進(jìn)行強(qiáng)度校核。為了能夠?qū)⒁恍┯捕群芨叩母脖ㄟ^沖擊與銑削的方式去除，刀具的扭矩不能僅由電機(jī)提供，需要借助減速器來降低轉(zhuǎn)速的同時并提高電機(jī)輸出的扭矩，使其面對硬度高的冰層也不會發(fā)生刀具卡死的情況，保證機(jī)器人能夠持續(xù)穩(wěn)定的完成除冰作業(yè)。因此需要重點設(shè)計刀具的減速器，使其在有較大的減速比的情況下并且盡可能的小，并且有著一定的使用壽命，不會因為扭矩過高而發(fā)生失效。2）根據(jù)不同規(guī)格的輸電線路的導(dǎo)線橫截面的直徑，設(shè)計刀具支撐結(jié)構(gòu)，使其可以根據(jù)不同粗細(xì)的導(dǎo)線選擇不同的刀具間距離，極大的增強(qiáng)該機(jī)器人的適用性，并且可以避免由于固定的刀具間距離而產(chǎn)生的遇到較粗的導(dǎo)線將其壓裂或者遇到較細(xì)的導(dǎo)線不能很好的完成除冰的問題。3）對各部分設(shè)計完成后，使用UG建模軟件對其各部分進(jìn)行建模，并對其進(jìn)行裝配和運動仿真。最后，對該除冰機(jī)器人的設(shè)計進(jìn)行總結(jié)，分析其中的不足與優(yōu)化空間，對未來的該類機(jī)器人的發(fā)展提出展望。計劃進(jìn)度1選題2022年12月15日-2023年1月10日2撰寫論文開題報告并提交2023年1月11日-2023年1月25日3準(zhǔn)備資料、撰寫修改并提交論文初稿2023年1月26日-2023年2月20日4準(zhǔn)備資料、撰寫修改并提