机械臂系统设计论文提纲

论文题目：基于机械臂的无人机检修作业系统设计与实现

摘要：架空输电线路地处偏远,区域覆盖面广,杆塔跨越地势复杂,自然环境恶劣,依靠传统人工逐基杆塔巡检的作业方式不仅工作难度大、效率低、运维成本高,复杂地理环境下的长周期作业还会威胁工作人员的生命安全。随着无人机和传感器技术的持续发展,将无人机作为载荷平台的作业系统为完成复杂环境下的架空输电线路检修工作提供了新的技术思路,有望解决人工检修“费、慢、难、险”的技术短板。本文将基于机械臂的无人机检修作业系统设计与实现作为主要目标,开展了如下具体的研究工作。首先,本文根据现有输电线路检修装置存在功能相对单一且作业方式多为非接触式的痛点问题,针对性提出面向35k V交流输电线路直线塔的基于机械臂的无人机检修作业系统设计方案,并根据相关行业标准拟定样机设计参数,以设计指标为导向选择系统各部件型号与尺寸,围绕装置整体的绝缘、抗电磁干扰等性能要求着重完成机械臂系统结构、无人机电磁干扰防护等系统性设计。其次,为了验证所提无人机检修作业系统设计方案的合理性,本文结合天津电力公司设计用35k V交流输电线路直线塔的结构参数,建立无人机检修作业系统有限元仿真模型,重点研究35k V交流输电线路邻近空间电场对检修作业系统的影响程度,分析检修系统在近导作业过程中机械臂、旋翼、机架和机身承受最大电场强度与电压值的变化情况。仿真结果表明,无人机检修系统在逐渐靠近输电线路的作业过程中均无击穿风险,设备能够实现可靠运行。最后,为了验证试验样机与预期技术目标及相关标准的契合程度,本文通过搭建35k V线路无人机检修作业真型试验平台以及对后续多条线路的检修试验对检修系统的适用与承受能力进行实际加压测试。试验结果表明,系统的图像延迟与畸变、抗干扰能力、屏蔽性能、验电能力、机械臂耐压及等电位过程冲击能力均符合样机技术指标,能够满足电网的日常检修作业要求。

关键词：机械臂;多旋翼无人机;检修作业技术;架空输电线路;电磁场

学科专业：电气工程（专业学位）

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 无人机载荷平台及其相关技术

1.2.2 任务载荷应用现状

1.2.3 其他技术应用与现有研究成果

1.3 论文研究内容

1.4 本章小结

第二章 基于机械臂的无人机检修作业系统设计方案

2.1 整体设计思路

2.2 系统设计关键问题

2.2.1 无人机电磁干扰抑制措施

2.2.2 机械臂结构与机臂质量比

2.2.3 系统内部及外部扰动

2.2.4 实时测距系统

2.2.5 低延时、低畸变图像传输系统

2.3 系统设计指标

2.4 机械臂系统设计方案

2.4.1 基本结构

2.4.2 机械臂材料

2.5 本章小结

第三章 基于机械臂的无人机检修系统应用仿真研究

3.1 挂载无人机应用仿真研究现状

3.2 基于机械臂的无人机检修系统应用仿真研究方法

3.3 基于机械臂的无人机检修系统应用仿真与分析

3.3.1 距离输电线路0.84m时的无人机检修系统系统状态

3.3.2 距离输电线路0.34m时的无人机检修系统系统状态

3.3.3 距离输电线路0.02m时的无人机检修系统系统状态

3.4 基于多材料机械臂的系统端部电荷密度仿真与分析

3.4.1 基于ABS工程塑料机械臂的系统端部电荷密度仿真与分析

3.4.2 基于金属机械臂的系统端部电荷密度仿真与分析

3.4.3 仿真结果与分析

3.5 本章小结

第四章 基于机械臂的无人机检修系统硬件实现

4.1 舵机

4.2 舵机控制器

4.3 供电模块

4.4 降压模块

4.5 轴承链接件

4.6 无人机

4.7 图像传输系统

4.8 激光测距系统

4.9 本章小结

第五章 无人机检修作业系统搭建与型式试验

5.1 系统样机的整体实现

5.2 型式试验方案

5.2.1 验电、零值检测能力及等电位抗冲击能力

5.2.2 图传延迟与无人机电磁屏蔽、抗干扰能力

5.2.3 图像畸变

5.3 试验结果与分析

5.4 现场测试

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文工作总结

6.2 前景展望

参考文献

致谢