Wind-resistance performance optimization design of a line inspection robot based on elastic pressing and improved wheel grooves

HE Yuling; PANG Ziwang; DAI Derui; LIU Zhenhua; CHEN Yufeng; ZHENG Hai; JI Yanpeng

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.020

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Wind-resistance performance optimization design of a line inspection robot based on elastic pressing and improved wheel grooves

更新时间：2025-09-22

- Wind-resistance performance optimization design of a line inspection robot based on elastic pressing and improved wheel grooves
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 9, Pages: 205-212(2025)
- 作者机构：
  
  1.华北电力大学电力机械装备先进制造与智能运维河北省工程研究中心，保定 071003
  2.国网河北省电力有限公司电力科学研究院，石家庄 050000
- 作者简介：
  
  DAI Derui, E-mail: daiderui123@163.com
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52177042);University Basic Scientific Research Operation Cost Special Fund(2023MS128);Top Youth Talent Support Program of Hebei Province;Hebei Province High level Talent Funding Project(B20231006);Science and Technology Project Fund of State Grid Hebei Electric Power Co., Ltd(kj2024-030)
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.020
  CLC：
- Received：13 May 2025，
  
  Published：15 September 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
何玉灵，庞子旺，代德瑞，等. 基于弹性压紧与改进轮槽的线路巡检机器人抗风性优化设计［J］. 机械强度，2025，47（9）：205-212.

HE Yuling，PANG Ziwang，DAI Derui，et al. Wind-resistance performance optimization design of a line inspection robot based on elastic pressing and improved wheel grooves［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（9）：205-212.
何玉灵，庞子旺，代德瑞，等. 基于弹性压紧与改进轮槽的线路巡检机器人抗风性优化设计［J］. 机械强度，2025，47（9）：205-212. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.020.

HE Yuling，PANG Ziwang，DAI Derui，et al. Wind-resistance performance optimization design of a line inspection robot based on elastic pressing and improved wheel grooves［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（9）：205-212. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.020.

摘要

针对风载荷作用下高空线路巡检机器人稳定性不足的问题，提出了新型弹性压紧机构与改进轮槽的优化策略，可有效提升其行走稳定性，研制了一款输配电线路巡检机器人，实现了飞行与行走双模态切换功能。首先，建立了机器人在风载荷下的动力学模型，推导了摆动衰减时间与压紧力、接触面积及摩擦因数之间的关系。其次，通过动力学仿真验证了两种优化策略在抑制摆动方面的性能优势。最后，通过室外风摆试验验证了结构改进效果。结果表明，弹性压紧机构能够有效增加压紧轮和线路接触面积，改进轮槽可提升行走轮摩擦因数，两者均显著缩短了机器人摆动衰减时间，提升了机器人在风载扰动环境下的巡检稳定性。为高空线路巡检机器人在复杂环境中的稳定运行提供了有效的技术支撑与工程实践依据。

Abstract

To address the insufficient stability of high-altitude line inspection robots under wind loads

this study proposes optimization strategies involving a novel elastic pressing mechanism and an improved wheel groove

which can effectively enhance their walking stability. A power transmission and distribution line inspection robot with dual-mode switching (flight and walking) capabilities was developed. Firstly

a dynamic model of the robot under wind loads was established

and the relationship between the swing decay time and clamping force

contact area

and friction coefficient was derived. Secondly

dynamic simulations were conducted to verify the performance advantages of the two optimization strategies in suppressing swings. Finally

outdoor wind swing tests were performed to validate the effect of structural improvements. The results show that the elastic pressing mechanism can effectively increase the contact area between the pressing wheel and the line

and the improved wheel groove can enhance the friction coefficient of the walking wheel; both significantly shorten the robot's swing decay time and improve its inspection stability in wind load disturbance environments. The effective technical support and engineering practice basis for the stable operation of high-altitude line inspection robots in complex environments were provided.

关键词

Keywords

references

卢坤媛，王吉岱 . 高压输电线路巡检机器人机械结构研究现状及发展趋势［J］. 机床与液压， 2021 ， 49 （ 9 ）： 41 - 45 .

LU Kunyuan ， WANG Jidai . Research status and development trend of mechanical structure of inspection robot for high voltage transmission line ［J］. Machine Tool & Hydraulics ， 2021 ， 49 （ 9 ）： 41 - 45 . （In Chinese）

李占军，王媛媛，张琪，等 . 输电线路巡检机器人的研究现状与发展趋势［J］. 通信与信息技术， 2025 （ 1 ）： 10 - 15 .

LI Zhanjun ， WANG Yuanyuan ， ZHANG Qi ， et al . Research status and development trend of transmission line inspection robot ［J］. Communication & Information Technology ， 2025 （ 1 ）： 10 - 15 . （In Chinese）

EKREN N ， KARAGÖZ Z ， ŞAHIN M . A review of line suspended inspection robots for power transmission lines ［J］. Journal of Electrical Engineering & Technology ， 2024 ， 19 （ 4 ）： 2549 - 2583 .

YANG L ， FAN J F ， LIU Y H ， et al . A review on state-of-the-art power line inspection techniques ［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement ， 2020 ， 69 （ 12 ）： 9350 - 9365 .

ALHASSAN A B ， ZHANG X ， GUO J ， et al . Modelling，simulation and vibration analysis of transmission line inspection robot based on mass spring damper concept ［C］// Proceedings of the 2017 International Conference on Applied Mathematics，Modeling and Simulation （AMMS 2017） . Paris ： Atlantis Press ， 2017 ： 312 - 317 .

杜静，巩佳翼，杨显刚 . 柔性支承结构建模刚度及塔筒风载荷对偏航轴承载荷分布的影响［J］. 机械强度， 2018 ， 40 （ 5 ）： 1150 - 1156 .

DU Jing ， GONG Jiayi ， YANG Xiangang . Effects of flexible supporting structure and wind loads on yaw bearing's load distribution ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2018 ， 40 （ 5 ）： 1150 - 1156 . （In Chinese）

李小彭，尚东阳，李凡杰，等 . 输电线巡检机器人动力学建模与DME评价［J］. 东北大学学报（自然科学版）， 2020 ， 41 （ 9 ）： 1280 - 1284 .

LI Xiaopeng ， SHANG Dongyang ， LI Fanjie ， et al . Dynamic modeling and DME evaluation of power transmission line inspection robots ［J］. Journal of Northeastern University （Natural Science）， 2020 ， 41 （ 9 ）： 1280 - 1284 . （In Chinese）

杨智勇，汪浩洋，肖茜，等 . 高压输电线路巡检机器人沿线爬坡能力分析与优化［J］. 机械传动， 2025 ， 49 （ 6 ）： 131 - 138 .

YANG Zhiyong ， WANG Haoyang ， XIAO Xi ， et al . Analysis and optimization of climbing capability for high-voltage transmission line inspection robots along the route ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2025 ， 49 （ 6 ）： 131 - 138 . （In Chinese）

QIN X Y ， JIA B ， LEI J ， et al . A novel flying-walking power line inspection robot and stability analysis hanging on the line under wind loads ［J］. Mechanical Sciences ， 2022 ， 13 （ 1 ）： 257 - 273 .

赵高阳，黄晓华，樊卫华，等 . 基于ADAMS的输电线路巡检机器人夹紧力作用研究［J］. 机械设计与制造工程， 2024 ， 53 （ 8 ）： 63 - 66 .

ZHAO Gaoyang ， HUANG Xiaohua ， FAN Weihua ， et al . Research on the clamping force of the transmission line inspection robot based on ADAMS ［J］. Machine Design and Manufacturing Engineering ， 2024 ， 53 （ 8 ）： 63 - 66 . （In Chinese）

何缘，吴功平，肖华 . 高压输电线路巡检机器人机构设计及运动学分析［J］. 高压电器， 2016 ， 52 （ 6 ）： 61 - 68 .

HE Yuan ， WU Gongping ， XIAO Hua . Mechanism design and kinematic analysis of inspection robot for high voltage transmission lines ［J］. High Voltage Apparatus ， 2016 ， 52 （ 6 ）： 61 - 68 . （In Chinese）

GUO J ， ZHANG X D ， SHEN H M ， et al . Research on wind load characteristics of bionic crawling inspection robot ［C］// 2019 IEEE International Conference on Real-time Computing and Robotics （RCAR） . New York ： IEEE ， 2019 ： 385 - 390 .

FU Q ， ZHU H F ， GUAN Y S . Enhanced mobility and hybrid locomotion in modular biped rolling-climbing robots for power transmission line inspection ［J］. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics ， 2025 ， 30 （ 3 ）： 1729 - 1740 .

侯建国，张斌，刘晓铭，等 . 新型抱臂式架空输电线路巡检机器人研制［J］. 机床与液压， 2021 ， 49 （ 17 ）： 31 - 37 .

HOU Jianguo ， ZHANG Bin ， LIU Xiaoming ， et al . Development of a novel inspection robot for high voltage power transmission line ［J］. Machine Tool & Hydraulics ， 2021 ， 49 （ 17 ）： 31 - 37 . （In Chinese）

YUE X ， WANG H G ， FENG Y ， et al . Improving stability of line inspection robot during crossing jumper lines with a centroid adjustment adjusting mechanism ［J］. IEEE Access ， 2022 ， 10 ： 134571 - 134579 .

樊星，李小彭，彭健文，等 . 可变重心线路巡检机器人摆振分析及抑制［J］. 振动与冲击， 2024 ， 43 （ 2 ）： 323 - 333 .

FAN Xing ， LI Xiaopeng ， PENG Jianwen ， et al . Pendulum vibration analysis and suppression of a power transmission line inspection robot with variable center of gravity ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2024 ， 43 （ 2 ）： 323 - 333 . （In Chinese）

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

ANALYSIS ON CALCULATION METHOD OF RISER IN SHELL AND TUBE WASTE HEAT BOILER

Related Author

HU Tao

ZHANG Fan

Related Institution

Beijing Aerospace Propulsion Institute Beijing Aerospace Petrochemical Technology And Equipment Engineering Corp Ltd.

⁰