[發明專利]一種基于力反饋主從控制的帶電作業機器人導線修補方法

在審

• 申請號: 201810319434.6
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108565793A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 郭健;韓若冰;郭毓;龔勛;湯馮煒;林立斌
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02G1/16
• 分類號: H02G1/16;H02G1/00;B25J9/16
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 孟睿

1.一種基于力反饋主從控制的帶電作業機器人導線修補方法，其特征在于，帶電作業機器人具有設置在機器人平臺上的機械臂，包括第一機械臂、第二機械臂以及輔助機械臂，第一機械臂、第二機械臂以及輔助機械臂響應于控制數據完成以下工作：

第一機械臂和第二機械臂分別安裝帶汽油棉布刷和鋼絲刷；輔助機械臂安裝夾持工具；

輔助機械臂使用夾持工具夾持修補范圍內的導線，第一機械臂帶動帶汽油棉布刷在待修補導線處來回移動，以清潔導線；第二機械臂帶動鋼絲刷在待修補導線處來回移動，以清除導線補強范圍內的氧化物；

第一機械臂和第二機械臂換裝導電膏涂抹刷，使用導電膏涂抹刷在補強范圍內的導線表面涂抹導電膏；

第一機械臂和第二機械臂換裝夾持工具，第一機械臂夾持預絞絲修補條至待修補導線位置，使預絞絲修補條中心點與修補范圍內導線中心位置重合；輔助機械臂移動到預絞絲修補條中點同時夾持預絞絲修補條和導線；第一機械臂和第二機械臂分別使用夾持工具從中心向兩側、順著外層導線的絞合方向，緊密纏繞預絞絲修補條至平整；第一機械臂和第二機械臂使用夾持工具將預絞絲修補條兩端的線條邊緣緊扣到位；

在上述過程中，工控機根據機械臂末端受力數據，計算出主操作手各個關節的扭矩數據，通過主操作手的控制接口，控制主操作手各關節輸出扭矩，使主操作手反饋受力，操作人員根據主操作手的反饋受力確認機械臂的力度；

在上述過程中，操作人員改變主操作末端位姿，工控機根據主操作手各旋轉關節的角度數據，計算出機械臂末端速度矢量的期望值，通過機械臂的控制接口，按照所述期望值控制機械臂運動。

2.如權利要求1所述導線修補方法，其特征在于，所述機械臂末端受力數據由安裝在機械臂末端的六自由度力/力矩傳感器采集獲得，其標量為六自由度力/力矩數據。

3.如權利要求1所述導線修補方法，其特征在于，所述械臂末端受力數據的標量為六自由度力/力矩數據，其由工控機根據機械臂的末端位姿數據和末端速度數據，使用基于虛擬現實技術計算獲得，具體過程為：

步驟1，運用八分法對機械臂作業場景對應的虛擬現實場景進行逐步劃分，構建八叉樹；

步驟2，獲取機械臂末端位姿數據，以該末端位姿數據為球心，創建包圍球，設置包圍球的半徑為所需碰撞檢測的距離；

步驟3，對步驟2的包圍球與步驟1的八叉樹進行碰撞檢測，若沒有發生碰撞，則機械臂末端的六自由度力/力矩數據為零，若發生碰撞，則獲取虛擬現實場景中發生碰撞的數據點，根據發生碰撞的數據點坐標與機械臂末端位姿數據，計算碰撞深度矢量；

步驟4，根據碰撞深度矢量計算機械臂末端六自由度力/力矩數據，即采用彈簧阻尼模型計算反饋力，

F＝-kx-cv

其中，k為彈簧系數，x為碰撞深度矢量，c為阻尼系數，v為機械臂末端速度矢量，F為反饋力，其標量為六自由度力/力矩數據。

4.如權利要求1所述導線修補方法，其特征在于，對主操作手靜力學建模，得到機械臂末端六自由度力/力矩數據到主操作手各個關節扭矩數據的轉換關系，工控機根據所述轉換關系計算出主操作手各個關節的扭矩數據。

5.如權利要求1所述導線修補方法，其特征在于，獲取機械臂末端速度矢量期望值的方法為：運用D-H建模方法對主操作手建模，得出主操作手的各個旋轉關節的角度數據到主操作手末端位姿數據的轉換關系；工控機接收主操作手發送的各個旋轉關節的角度數據，根據所述轉換關系計算得到主操作手末端位姿數據，然后將主操作手末端位姿數據通過微分運算得到主操作手末端速度數據；根據主操作手末端位姿數據和末端速度數據，使用速度前饋PID控制器，計算得到機械臂末端速度矢量期望值。

6.如權利要求1所述導線修補方法，其特征在于，在作業前，第一機械臂和第二機械臂端部安裝夾持工具，用夾持工具夾持絕緣遮蔽材料對標記的帶電體進行絕緣遮蔽；在作業完畢后，第一機械臂和第二機械臂端部安裝夾持工具，用夾持工具清除覆蓋在帶電體上的絕緣遮蔽材料。