基于柔索驱动的锅炉检测机器人轨迹规划研究

洪逸凡， 谭建平

(中南大学 机电工程学院，湖南 长沙 410006)

0 引 言

锅炉电厂锅炉管道表面缺陷自动化检测面临着锅炉管道检测区间大、环境复杂等问题，柔索驱动机器人用柔索代替传统刚性构件，使得机器人具有工作区间大，安装简便，机械结构简单的特点，得到了学术界的广泛关注。柔索驱动机器人根据柔索的数目m和动平台的自由度数目n，可以分为欠约束(mn+1)。对于2自由度的悬挂式平面柔索机器人，其重力及两根被动约束力柔索合力可以用来控制末端相机平台运动的一个外力，故只需m=n根柔索可以实现平台的完全约束。该类型机器人有两个主要特点，首先由于柔索不能提供推力，只能提供拉力，故在平台运动过程中要始终保持柔索张力大于零[1]，其次在末端平台运动过程中，柔索的长度和角度随着平台的位置随之改变，这些非线性特性提高了柔索驱动运动轨迹规划的难度。

1 平面柔索驱动机器人模型

对于柔索驱动机器人而言，针对不同应用场合其结构设计都会有所不同。本文所研究的用于电厂锅炉管道巡检的机器人是属于平面柔索牵引机器人，具有2个平移自由度。通过对该类型机器人的充分调研，在实验室组建该柔索驱动机器人的缩比实验台，实验台实体结构示意如图1所示。该机器人结构主要包括基础设施、卷筒、伺服电机及驱动器、相机末端平台、运动控制卡、拉绳传感器等。系统共有两个柔索驱动单元，即上两根绳索同时驱动绳索的收放，控制末端相机平台在平面XY方向运动，下两根牵引绳索是由拉线传感器提供，用于获取末端平台精确位置信息和给末端平台提供恒定约束力来防止平台横向摆动。……