树障清理机器人的设计与实现

针对环境复杂的区域,高大树木、复杂地形等问题容易造成用电危险,而传统的人工清理树障的方法易造成安全事故,我国现有研发的机器人具有空中姿态控制不稳定以及数据传输不稳定等问题,对树障清理空中机器人进行了设计和实现.该机器人的结构组成主要包括多旋翼无人机、控制系统、远程监控系统、通信系统和刀具装置.通过确定地面坐标系和无人机坐标系的关系,建立空中机器人的动力学模型.充分考虑环境等因素对空中机器人传感器采集数据的影响,建立了传感器的数据融合算法,对传感器采集数据进行处理.采用PID(Proportion Integral Differential)控制方法对空中机器人的姿态控制器进行设计.为了验证该树障清理空中机器人的性能,对其进行了姿态控制试验和树障清理试验.试验结果表明机器人的姿态控制响应时间较短,最短可达1.2 s.在进行树障清理时,最大可清理树障直径约为4 cm,切割最长时间为3 s.

悬挂刀具结构的树障清理空中机器人设计

为提高输电线路通道内树障清理的安全性与作业效率,设计了一种悬挂刀具结构的树障清理空中机器人。该机器人通过在机体上安装旋翼组件以及悬垂的作业刀具,适合于自上而下或由外向内对树障实施“剃头式”大面积快速清理,可有效保证操作人员与树障处高压输电线的安全距离,提升了清障作业的效率并降低操作风险。树障清理空中机器人建模与仿真证明,该机器人在空中能够实现稳定作业,验证了树障清理空中机器人工程应用的可行性和有效性。

树障清理空中机器人刀具调速系统控制器设计

树障清理空中机器人的刀具系统在进行切割作业时存在负载扰动,且刀具电机的电机参数会有摄动情况的发生,若使用常规的双闭环 PI控制,会存在动态性能欠佳、超调大、适应性差等不足,而且在给定转速突变的情况下可能会导致 Windup现象。针对以上问题,为防止给定突变时产生 Windup现象,电流环控制器采用了一种在反计算 Anti Windup方法基础上改进的变结构 Anti Windup PI控制方法。为提高系统的自适应能力,将模糊控制思想与PID控制思想相结合,设计了转速环的模糊 PID自适应控制器。最后通过仿真与实物实验对提出的控制器的可行性进行验证。结果表明,控制器对系统参数变化有很强的自适应能力,且对负载的扰动有很强的抑制能力,给定转速突变时系统有较快的动态响应且超调较小。