GIS设备母线段管道巡检机器人的研究与设计

作     者：蒋智鹏 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王旭红;牛捷

授予年度：2020年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：GIS设备 STM32 麦克纳姆轮 机械臂 吸盘吸附 

摘      要：气体绝缘金属封闭开关设备（GIS-Gas Insulated Switchgear）由于其结构紧凑、占地面积小、可靠性高的优点,作为变电设备在各变电站中的使用越来越多,是电网建设中必不可少的设施。GIS设备属于金属封闭设备,一旦有内部故障,查找与处理需要打开气室,安全与经济性差。且大部分情况下,GIS检修并不能直接解体故障单元,都需要一层层进行解体,检修工作进行的十分困难。为了提升电力检修工作效率和质量,研究设计一种GIS设备内部巡检机器人,对提高工作效率、节约人力资源,实现自动化检修有着至关重要的意义。论文首先对巡检机器人的运行环境进行了分析,总结巡检机器人的设计要求和功能需求,对巡检机器人本体基本结构进行了设计;分析巡检机器人的常见行走方式,结合GIS设备母线段管道内部弧形壁面的特点,选择轮式小车作为巡检机器人的行走机构,选用麦克纳姆轮作为巡检机器人的行走轮,并对麦克纳姆轮的运动特性进行分析;以巡检机器人的基本结构为基础,确定巡检机器人控制系统的总体结构,设计以STM32F103RTC6作为主控制板微控制单元的机巡检器人控制系统硬件部分,包括主控制器、驱动模块、通信模块、功能模块、视觉检测模块、电源模块等各模块硬件电路;设计以嵌入式实时操作系统FreeRTOS为基础的机器人本体控制系统软件部分和以Qt开发框架为编译环境,使用C++语言编写设计的人机交互界面软件部分。对设计方案的不足进行了分析,提出了采用吸附式巡检机器人的优化方法,并给出了吸附式巡检机器人的总体结构设计方案,实现对GIS设备内部进行360°无死角巡视工作。最后,研制出巡检机器人样机,并进行了模拟实验,测试巡检机器人在设备内部行走攀爬、视频监测、故障处理等性能,验证了所设计巡检机器人的可行性和稳定性。