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GIS设备母线段管道巡检机器人的研究与设计

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GIS设备母线段管道巡检机器人的研究与设计

作者：蒋智鹏长沙理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词： GIS设备 STM32 麦克纳姆轮机械臂吸盘吸附

Cu-（Co，Cr）基三元合金相平衡的实验研究及热力学计算

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Cu-（Co，Cr）基三元合金相平衡的实验研究及热力学计算

作者：蒋智鹏厦门大学

学位级别：硕士

随着微电子工业的迅速发展,对高性能铜合金提出了越来越高的要求。Cu-Co基和Cu-Cr基合金具有高强度高导电率,是潜在的高性能铜合金。为了更有效地改进合金性能和优化合金成分,有必要掌握Cu-Co基和Cu-Cr基合金相图等基础理论信息。 ... 详细信息

随着微电子工业的迅速发展,对高性能铜合金提出了越来越高的要求。Cu-Co基和Cu-Cr基合金具有高强度高导电率,是潜在的高性能铜合金。为了更有效地改进合金性能和优化合金成分,有必要掌握Cu-Co基和Cu-Cr基合金相图等基础理论信息。本论文通过实验测定和热力学计算两种途径研究了Cu-Co-X（X:Cr,Mo,Nb,Si,V,W）和Cu-Cr-X（X:Nb,Si,Ta,V）各三元系的相平衡。其主要研究工作如下: （1）实验测定了Cu-Co-X（X:Cr,Mo,Nb,Si,V,W）三元系Cu-Co侧在800℃、900℃、1000℃、1100℃时的相平衡。（2）实验测定了Cu-Cr-X（X:Nb,Si,Ta,V）三元系Cu-Cr侧在800℃、900℃、1000℃、1100℃时的相平衡,以及Cu-Cr-Nb三元系在1100℃、1200℃、1300℃全成分范围内的相平衡。（3）利用实验测定的结果和文献报道的实验信息,结合文献已报道的Cu-Co、Cu-Cr、Co-Cr、Cu-Nb和Cr-Nb五个二元系相图的优化结果,对Cu-Co-Cr和Cu-Cr-Nb两个三元系的相平衡进行了热力学优化与计算。（4）研究合金元素对Cu-Co基和Cu-Cr基合金中液相两相分离及凝固组织形态的影响,并通过热力学计算对其机理进行解释。本论文的研究结果为建立多元铜基合金的热力学数据库奠定了基础,为高性能铜基合金的材料设计提供了重要的理论指导。

关键词： Cu-Co基合金 Cu-Cr基合金 CALPHAD 相图

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狭小空间内输电线金具销钉补装机械系统设计

机械设计与制造 2024年第12期406卷 338-342页

作者：彭沙沙龚政雄蒋智鹏邹德华带电巡检与智能作业技术国家电网公司实验室(国网湖南省电力有限公司输电检修分公司) 湖南长沙420100 智能带电作业技术及装备(机器人)湖南省重点实验室(国网湖南省电力有限公司输电检修分公司) 湖南长沙420100

高压输电线路是电能传输的重要通道,高压输电线路上有悬垂线夹、防震锤、引流板等主要线路金具,这些金具主要通过螺栓与金具销进行联接,可以说金具销联接的可靠性直接关系到输电线路的正常稳定运行,而恶劣的自然环境势必会造成输电线路... 详细信息

高压输电线路是电能传输的重要通道,高压输电线路上有悬垂线夹、防震锤、引流板等主要线路金具,这些金具主要通过螺栓与金具销进行联接,可以说金具销联接的可靠性直接关系到输电线路的正常稳定运行,而恶劣的自然环境势必会造成输电线路金具销的锈蚀、松动甚至缺失,这些都严重威胁输电线路的安全稳定运行,因此,对输电线路常见金具销的补插和检修作业显得尤为重要。针对上述问题,这里提出了一种以大荷载无人机搭载机器人上线并通过机器人机械臂携带金具销拔插末端工具完成线路典型金具销钉的补插作业任务,设计了无人机-机器人的复合控制系统,通过对机器人机械臂系统的运动学理论建模分析与运动规划、作业空间仿真分析,验证了在输电线路狭小作业空间内所设计末端工具实现金具销拔插的可行性和有效性,相比于人工作业,该系统大大提高了作业效率和作业可靠性,本文的研究对于输电线路智能运维管理具有重要理论意义和实际应用价值。

关键词：狭小空间机器人销钉补装机械构型协同检修作业

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汽车安全带佩戴状态下拉出回卷力调查研究

时代汽车 2022年第19期 148-150页

作者：蒋智鹏卢文明中汽研汽车检验中心(天津)有限公司天津市300000

采用佩戴状态测量的方法与行业通常采用的台架安装测量和手动拉出测量的方法进行了比对,发现台架安装测量的方法因不能完全复制安全带在实际使用过程中的接触和路径变化,不能直观反映出乘员在佩戴过程中受到织带的束缚;手动拉出测量的... 详细信息

采用佩戴状态测量的方法与行业通常采用的台架安装测量和手动拉出测量的方法进行了比对,发现台架安装测量的方法因不能完全复制安全带在实际使用过程中的接触和路径变化,不能直观反映出乘员在佩戴过程中受到织带的束缚;手动拉出测量的方法由于不能保持恒定的织带运动状态,其测量结果一致性较差。进一步对影响测量结果的因素进行了分析,发现织带拉出力会随着拉出角度的变大、拉出速度的增加而增大,织带回卷力会随着拉出角度的变大、回卷速度的增加而减小。

关键词：安全带佩戴拉出力回卷力

多分裂输电导线接续管探伤检测机器人系统设计及探测空间分析

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科学技术与工程 2022年第27期22卷 12016-12024页

作者：邹德华蒋智鹏乔明明邝江华江维智能带电作业技术及装备(机器人)湖南省重点实验室(国网湖南省电力有限公司超高压输电公司) 长沙420100 带电巡检与智能作业技术国家电网公司实验室(国网湖南省电力有限公司超高压输电公司) 长沙420100 武汉纺织大学机械工程与自动化学院武汉430073

输电线路是电能传输的重要通道,多分裂输电线路是电能传输的主力,接续管是多分裂输电线路上的重要金具,其压接质量和内部结构的好坏属于隐性工程且直接影响到输电线路的正常稳定运行。基于此,提出了一种适用于多分裂输电线路接续管探伤... 详细信息

输电线路是电能传输的重要通道,多分裂输电线路是电能传输的主力,接续管是多分裂输电线路上的重要金具,其压接质量和内部结构的好坏属于隐性工程且直接影响到输电线路的正常稳定运行。基于此,提出了一种适用于多分裂输电线路接续管探伤检测的机器人机构构型,设计了探伤检测机器人的虚拟样机模型,并进行了探伤装置的探伤检测作业运动规划,建立了探伤装置的D-H坐标系,基于此推导了探伤检测机器人的运动学方程并对其运动学特性进行了分析,最后,基于所建立的运动学模型,基于蒙特卡洛法在MATLAB软件中利用机器人工具箱ROBOT TOOLBOX进行了仿真实验,通过选取合适的点云数得到了探伤检测机器人末端在四分裂导线狭小空间内三个空间方向上的可达空间点云图,同时搭建机器人的机械臂模型,通过设置合理的运动参数得到了机器人探伤检测的轨迹规划仿真结果。通过仿真结果可知,机器人末端在四分裂导线所构成的狭小作业空间内可以实现无盲区的探伤检测,同时机械臂运动轨迹稳定、平滑,可以无碰避障的实现多分裂导线上的接续管探伤检测,本文的研究对于输电线路接续管探伤装置的系统设计和开发及输电网智能运维管理具有重要理论意义和实际应用价值。

关键词：多分裂输电导线探伤检测机器人作业空间轨迹规划

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安全带织带拉出回卷力研究

安全带织带拉出回卷力研究

2022中国汽车工程学会年会暨展览会

作者：蒋智鹏卢文明杨欣霖中汽研汽车检验中心(天津)有限公司

本文提供了一种能够在安全带佩戴状态下测量织带拉出回卷力的装置及方法,通过比对测试确定了织带路径改变处的阻力和卷收器卷簧输出扭矩是影响织带拉出回卷力的主要因素。进一步对织带路径改变处的受力变化进行了理论推导与试验验证,结... 详细信息

本文提供了一种能够在安全带佩戴状态下测量织带拉出回卷力的装置及方法,通过比对测试确定了织带路径改变处的阻力和卷收器卷簧输出扭矩是影响织带拉出回卷力的主要因素。进一步对织带路径改变处的受力变化进行了理论推导与试验验证,结果显示织带路径改变处的阻力主要与接触间的摩擦系数、路径改变处的半径、路径变化的角度有关。进一步对卷簧组件扭矩特性进行了分析,发现卷簧输出扭矩不仅与卷簧厚度、宽度有关,还随着芯头直径的变小以及长度的增加而减小;卷簧作用总圈数随着芯头直径的变小和卷簧壳内腔直径的变大而增加,与卷簧长度呈开口向下的抛物线关系。最后提出了控制及改善安全带织带拉出回卷力的方法,为产品的设计开发和舒适性提升提供了参考。

关键词：安全带拉出力回卷力织带卷簧

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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基于激光投射的侧气囊静态展开测试方法研究

汽车零部件 2021年第4期 75-80页

作者：杨欣霖卢文明蒋智鹏中汽研汽车检验中心(天津)有限公司天津300000

侧面安全气囊静态展开测试是一种常见的侧面安全气囊静态展开性能测试方法,其中侧面安全气囊静态展开时间参数是侧面气囊性能的关键参数。在目前的测试技术当中还不能对气囊展开时间通过试验仪器进行测得,而是仅仅依靠试验人员通过高速... 详细信息

侧面安全气囊静态展开测试是一种常见的侧面安全气囊静态展开性能测试方法,其中侧面安全气囊静态展开时间参数是侧面气囊性能的关键参数。在目前的测试技术当中还不能对气囊展开时间通过试验仪器进行测得,而是仅仅依靠试验人员通过高速摄像记录画面进行评判,存在着不可避免的误差。通过对现有测试标准的研究,提出了基于激光投射的侧气囊静态展开试验方法,并完成搭建激光投射侧气囊静态展开试验平台,有效避免了仅仅依靠人眼进行气囊展开时间评价带来的试验误差,提升了座椅侧气囊静态展开试验精度。

关键词：侧面安全气囊静态展开时间激光投射

500 kV紧凑型同塔双回输电线路场强水平和感应电压仿真分析

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电气时代 2021年第11期 34-38,70页

作者：邓庆红李容嵩陈卫曹刚强蒋智鹏国网湖南省电力有限公司建设公司国网湖南省电力有限公司国网湖南省电力有限公司输电检修分公司

分析了工频电磁场下物体导电率对感应电的影响,采用适合用于输电线路电场分布简化分析的理论模型对输电线路电场分布进行分析推导线导体耦合的静电场解析公式,编制MATLAB求解程序,开展相关的计算分析工作,得出不同塔型杆塔的场强水平和... 详细信息

分析了工频电磁场下物体导电率对感应电的影响,采用适合用于输电线路电场分布简化分析的理论模型对输电线路电场分布进行分析推导线导体耦合的静电场解析公式,编制MATLAB求解程序,开展相关的计算分析工作,得出不同塔型杆塔的场强水平和感应电压水平。500k V紧凑型同塔双回(垂直排列)输电线路具有布置紧凑、单位走廊面积输送容量大等优点,在国内外电网中广泛使用。与常规线路相比,杆塔带电作业空间狭小(导线间距较常规塔近70%)、感应电压高(可达运行电压12%以上)。开展带电作业主要面临两大难题:一是杆塔结构极为紧凑,感应电压(电流)、体表场强以及不同工况检修时安全防护技术不明确;二是杆塔窗口狭小、多组合间隙,传统方法及工具难以满足作业要求。因此,亟须开展关于500k V垂直排列型同塔双回输电线路电场和感应电压方面的研究。

关键词：感应电压带电作业输电线路运行电压输送容量组合间隙垂直排列电场分布

特高压输电线路带电作业沿跳线进出电场方法研究及工器具研制

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电气时代 2022年第11期 64-66页

作者：陈明捷何龙飞易子琦蒋智鹏刘治国国网湖南省电力有限公司超高压输电公司智能带电作业技术及装备(机器人)湖南省重点实验室带电巡检与智能作业技术国网公司实验室

针对目前±800 kV特高压输电线路耐张塔带电作业存在的技术难点,归纳出无法带电进出强电场的原因。通过对特高压直流线路塔型的分析和计算,设计出一种沿特高压跳线攀爬的辅助装置,创新提出“先进入管母跳线,在攀登至导线”的进入特高压... 详细信息

针对目前±800 kV特高压输电线路耐张塔带电作业存在的技术难点,归纳出无法带电进出强电场的原因。通过对特高压直流线路塔型的分析和计算,设计出一种沿特高压跳线攀爬的辅助装置,创新提出“先进入管母跳线,在攀登至导线”的进入特高压强电场方法,解决了作业人员无法进入特高压耐张塔强电场的难题,极大地降低了作业人员的安全风险,为特高压带电作业提供了新的条件。

关键词：带电作业特高压输电线路耐张塔强电场塔型跳线辅助装置安全风险