随着机器人技术的快速发展,电力线巡检机器人作为一种新兴的电力线巡检方式,是机器人技术引入到传统行业的典型应用。电力线巡检机器人能够在电力线上自由行走和越障,同时携带检测仪器对电力线、悬垂度端子和防震锤等电力设备进行检测,极大地降低了电力线巡检的作业难度,并有效地提高了电力线巡检作业的工作效率和经济效益。在电力线巡检这种特殊的工况下,能够支撑机器人本体的只有普通的电力线,必须在实现行走功能的同时保证机器人不掉落。遇到线上障碍物时,机器人整个机身需要脱离电力线跨越障碍物后重新落到电力线上,由于电力线一般安装在离地十几米的空中,我们无法获得其精确的三维位置,所以很难通过自主控制或遥操作来实现越障后的抓线过程。因此,行走和越障作为电力线巡检机器人最基本的功能,却成为了最难解决的技术难题。本研究围绕制约电力线巡检机器人应用的两大关键技术,对电力线环境、需求和现有技术进行了详细的分析和评估,并据此设计了一种新型的电力线巡检机器人。同时,为了解决机器人越障过程中的抓线问题,本文提出了一种新的单目视觉伺服算法,利用图像平面上的电力线的直线特征控制机器人运动,最终实现自主抓线。本文的研究内容概述如下:一种新型的电力线巡检机器人设计。为了解决现有电力线巡检机器人机构复杂,重量大和无法应对复杂的电力线环境等不足,本研究重新设计了一种简洁、轻便、灵巧的双悬臂式电力线巡检机器人。提出了双悬臂式移动平台方案,采用安装在两个悬臂末端的V-型槽轮驱动机器人在线上滚动爬行,满足了对机器人线上行走能力的需求。提出了可移动配重块机构设计方案,采用可调整位置的配重块动态调节机器人的重心位置,配合机器人的转动关节,抬起一只手臂绕过线上的障碍物,机器人采用两只手臂交替跨过障碍物的策略越障,满足了对电力线巡检机器人跨越线上障碍物的需求。一种新型的电力线巡检机器人脱线手臂自主抓线方法。现有的电力线巡检机器人无法自主越障的主要原因是无法实现脱线手臂的自主抓线动作,为了解决这一不足,本研究提出了一种单目视觉伺服控制器以帮助机器人的脱线手臂实现自主抓线。在机器人每个手臂上固定安装单目摄像机构造成手眼系统,以电力线在摄像机图像平面上的直线特征作为图像特征,推导出对应的深度独立图像雅克比矩阵,设计对应的伺服控制器以将图像平面特征差值映射到关节变量输入。设计了摄像机内外参和电力线三维位置参数的自适应估计算法,在机器人运动过程中抓取几幅图像,利用图像平面上的直线特征和未知参数估计值计算出来的图像平面的直线特征的差值,来更新未知参数。将图像平面直线特征的实时值与目标值的差值、同步估计的未知参数和机器人当前的位姿输入到控制器中,计算出的机器人每个关节的速度作为机器人的控制量来控制机器人运动。根据李雅普诺夫理论分析,本文所提出的视觉伺服控制器和参数估计算法具有渐近稳定性。同时,由于本研究所设计的机器人自由度受限,图像平面的直线特征与机器人的位姿有单一映射关系,所以当设定机器人抓线状态下图像平面的直线特征为目标后,利用本文所设计的视觉伺服控制器,电力线巡检机器人能够实现自主抓线。仿真与实验。基于Matlab的Robotics工具包,建立了本文所设计的电力线巡检机器人的数学模型,对本文提出的基于电力线直线特征的单目视觉伺服控制器进行仿真实验,实验结果证明了视觉伺服算法的渐近稳定性,机器人在设定参数下完成了自主抓线动作。本研究同时搭建了所设计的电力线巡检机器人的试验样机,并在室内模拟架空电力线上进行了实验验证,实验结果达到预定的爬行和越障效果,并且利用本文提出的视觉伺服控制器,机器人实现了自主抓线。综上,本文设计了一种新型的电力线巡检机器人,具有线上行走和跨越线上障碍物的功能,在携带检测仪器后,机器人能够对输电线等电力设备进行检修。本文提出了一种单目视觉伺服技术,实现了电力线巡检机器人的自主抓线,解决了电力线巡检机器人自主越障过程中的关键技术。因此,本文的研究及成果为电力线巡检工作提供了一种新的作业方式,不仅保证了作业人员的人生安全,也极大地提高了电力线巡检的质量和效率,意义重大。