电力机器人创新设计与制作

　　本书是作者几年来在电力机器人应用技术和电力自动化装置方面创新实践所取得的初步成果，主要包括配电线路绝缘包裹机器人、基于旋翼机器人的电厂盘煤装置、风机塔筒清洁机器人、具有三维重建功能的电缆隧道机器人、输电铁塔自主攀爬机器人、隐蔽工程探测成像装置、电力施工作业现场全过程监控系统、基于Lora扩频的便携式继电保护校验仪、变电站二次多芯线缆智能对线器等项目的设计和研究。本书可为高等院校机械、电子、自动化专业的学生创新实践提供借鉴，也可以为机器人爱好者制作机器人提供一些帮助，同时也可供从事机电一体化及相关专业的工程技术人员参考。

　　王秀梅：1990年1月于北京科技大学硕士研究生毕业后，就职于华北电力大学教务处，先后任教务处副处长、教务处处长、工程训练中心主任。先后主讲《金属材料及热处理》、《工程材料》、《电厂高温材料》、《综合评价》、《高等教育评价》等课程，共发表研究论文近百篇，其中EI、CSSCI检索30多篇。获教学成果奖１项；省部级教学成果奖10项；主研研究项目及社科基金项目7项，省部级研究项目13项。担任教育部工程训练教学指导委员会委员、河北省教育学会实验研究会副理事长。兼任教育部《实验技术与管理》、《实验技术与探索》等杂志编委。

目录
前言
第1章配电线路绝缘包裹机器人1
1.1项目目标1
1.2国内外研究概况1
1.2.1技术发展历史及国内外研究现状和发展趋势1
1.2.2国内其他研究单位的研究情况4
1.3项目简介5
1.4工作原理6
1.4.1原理简述6
1.4.2配电线路绝缘包裹装置6
1.5结构设计与加工9
1.5.1升降机构设计9
1.5.2行走机构设计9
1.5.3包裹机构设计10
1.6控制系统10
1.6.1电路硬件设计10
1.6.2方案设计11
1.7工作验证与评价12
1.8创新点分析17
第2章基于旋翼机器人的电厂盘煤装置19
2.1项目目标19
2.2国内外研究概况19
2.3项目简介20
2.4工作原理21
2.5结构设计与加工21
2.5.1室外无人机盘煤方案21
2.5.2室内吊舱盘煤方案25
2.6控制系统25
2.6.1无人机盘煤25
2.6.2机器人盘煤29
2.6.3吊舱盘煤29
2.7工作验证与评价30
2.8创新点分析31
第3章风机塔筒清洁机器人32
3.1项目目标32
3.2项目简介32
3.3总体设计33
3.4创新点分析43
第4章具有三维重建功能的电缆隧道机器人44
4.1项目目标44
4.2国内外研究状况44
4.3项目介绍46
4.4工作原理47
4.5结构设计与加工47
4.5.1设计要求47
4.5.2总体结构设计47
4.5.3移动系统48
4.5.4减速电动机选型49
4.5.5轮毂设计49
4.5.6升降系统50
4.5.7剪叉连杆机构设计50
4.5.8升降电动机选型51
4.5.9视觉单元53
4.5.10双目摄像机53
4.5.11两轴云台设计54
4.5.12LED灯选型54
4.6车身主体54
4.6.1控制系统55
4.6.2控制模块55
4.6.3电源模块56
4.6.4通信模块57
4.6.5视觉模块58
4.7双目立体视觉系统59
4.7.1常用坐标系59
4.7.2摄像机的非线性模型61
4.7.3双目立体标定61
4.7.4张正友标定方法63
4.7.5相对位姿求解65
4.7.6标定步骤与结果分析66
4.7.7立体匹配68
4.7.8约束准则68
4.7.9SGBM匹配算法69
4.7.10匹配步骤与结果分析69
4.8工作验证与评价70
4.8.1样机总装70
4.8.2样机性能试验71
4.9创新点分析74
第5章输电铁塔自主攀爬机器人75
5.1项目目标75
5.2国内外研究概况75
5.3项目简介76
5.4机械结构设计与加工76
5.4.1机器人腿部结构设计77
5.4.2机器人机身结构设计79
5.4.3机器人关节动作器设计80
5.4.4机器人足端吸附结构设计81
5.4.5输电铁塔自主攀爬机器人足端电磁铁的选择83
5.5输电铁塔自主攀爬机器人电路硬件设计85
5.5.1主控电路 STM32F103RCT6 小系统85
5.5.2机器人稳压模块86
5.5.3机器人固态继电器控制电路86
5.5.4压力传感器87
5.5.5激光测距模块87
5.5.6摄像头模块88
5.5.7姿态检测模块89
5.6控制系统89
5.6.1软件系统总体设计89
5.6.2RobotControl下位机软件的开发90
5.6.3机器人各个模块初始化90
5.6.4机器人数据发送93
5.6.5机器人攀爬动作执行93
5.6.6RobotControl上位机控制软件的开发93
5.6.7RobotControl上位机串口调试软件设计93
5.7工作验证与评价95
5.7.1上位机调试机器人95
5.7.2下位机向上位机发送数据97
5.7.3下位机与机械系统的调试97
5.8创新点分析98
第6章隐蔽工程探测成像装置99
6.1项目目标99
6.2国内外研究概况99
6.3项目简介100
6.4工作原理100
6.4.1总体方案原理100
6.4.2装置内部原理100
6.4.3电磁法实现原理101
6.5结构设计与加工102
6.5.1外观设计102
6.5.2金属探测系统设计103
6.5.3激光测距模块设计104
6.5.4供电系统设计105
6.5.5人机交互模块设计105
6.5.6蓝牙数据传输模块设计106
6.6控制系统107
6.6.1单片机控制系统107
6.6.2软件控制系统107
6.7工作验证与评价110
6.7.1使用方法110
6.7.2系统测试111
6.8创新点分析113
第7章电力施工作业现场全过程监控系统114
7.1项目目标114
7.2国内外研究概况114
7.3项目简介114
7.4工作原理115
7.4.1总体设计115
7.4.2电力施工作业现场全过程监控系统模块部分115
7.5结构设计与加工116
7.5.1外壳包装结构116
7.5.2底座设计117
7.5.3红外探测装置结构设计117
7.5.4红外线声光报警器装置的结构设计118
7.5.5摄像头拍照录像装置的结构设计118
7.6控制系统120
7.6.1手机终端App的设计120
7.6.2主控板实时控制122
7.7工作验证与评价123
7.7.1视频信息采集功能验证123
7.7.2无线传输功能验证124
7.7.3解码和回传功能验证124
7.7.4监控警示功能验证124
7.8创新点分析124
第8章基于Lora扩频的便携式继电保护校验仪125
8.1项目研发背景125
8.2国内外研究概况125
8.3项目简介126
8.4工作原理126
8.5结构设计与加工127
8.6控制系统132
8.6.1主设备单元132
8.6.2子设备单元136
8.6.3模拟断路器138
8.7工作验证与分析142
8.7.1电路功能测试结果及分析142
8.7.2现场应用测试结果及分析143
8.8创新点分析145
第9章变电站二次多芯线缆智能对线器146
9.1项目目标146
9.2国内外研究概况147
9.3项目简介148
9.4工作原理150
9.5设计与加工制造151
9.5.1原理仿真152
9.5.2原理图的绘制152
9.5.3版电路板的绘制152
9.5.4第二版电路板的绘制152
9.5.5壳体的制作157
9.6控制系统157
9.6.1装置主机控制系统158
9.6.2装置辅机控制系统161
9.7工作验证与分析162
9.7.1检测步骤（以测四芯线缆为例）162
9.7.2电量检测及充电测试164
9.8创新点分析165