[發明專利]配網帶電作業機器人遙控操作系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202010882746.5
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112091974B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 單曉鋒;董二寶;甄武東;汪勝和;郭祥;施淮生;韓先國;唐旭明;祝晶;陳宇濤
• 申請（專利權）人: 國網安徽省電力有限公司淮南供電公司;中國科學技術大學;國家電網有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/00;B25J13/02;G06T17/00
• 代理公司: 北京恒泰銘睿知識產權代理有限公司 11642
• 代理人: 王肖林

1.一種配網帶電作業機器人遙控操作系統，所述系統包括：

從控機器人，用于：

接收實時的操作指令以完成配網帶電作業；

實時獲取受到的受力；

操作主端，用于：

供工作人員輸入所述操作指令；

接收所述受力，并實時模擬所述受力；

所述系統進一步包括：

三維相機，用于拍攝現場的圖像并進行三維重建；

計算機仿真模塊，用于：

接收三維重建后的三維場景；

基于所述三維場景在待作業的設備上建立虛擬夾具；

在所述從控機器人的機械臂移動的過程中獲取所述機械臂的末端與所述虛擬夾具、非作業設備之間的位置關系；

根據所述位置關系實時調節所述受力；

所述計算機仿真模塊用于：

根據所述待作業的設備的三維模型以預定距離添加約束點；

通過曲線擬合根據所述約束點生成三維空間曲線以形成所述虛擬夾具；

所述計算機仿真模塊用于：

基于公式(1)和公式(2)根據所述機械臂的末端與非作業設備之間的距離計算第一反饋力，

其中，F_h為所述第一反饋力，F_max為所述操作主端的力反饋設備應用的最大反饋力數值，d_min為所述機械臂的末端和預設的所述非作業設備之間的最小距離，m為所述第一反饋力隨著所述最小距離變化的增強因子，K為用于表示在產生最大反饋力時所述機械臂的末端與所述非作業設備之間的最小距離的參數，T為預設的扭矩，為受力F_h的矢量形式，F_X為所述第一反饋力在預設坐標系中X軸方向上的分力，F_Y為所述第一反饋力在所述預設坐標系中Y軸方向上的分力，F_Z為所述第一反饋力在所述預設坐標系中Z軸方向上的分力，d_X為所述機械臂的末端與所述非作業設備之間的最小距離在所述預設坐標系中X軸方向上的分量，d_Y為所述機械臂的末端與所述非作業設備之間的最小距離在所述預設坐標系中Y軸方向上的分量，d_Z為所述機械臂的末端與所述非作業設備之間的最小距離在所述預設坐標系中Z軸方向上的分量，為最小距離d_min的m次方；

基于公式(3)、公式(4)和公式(5)計算所述機械臂的末端與所述虛擬夾具的距離計算第二反饋力，

其中，為所述第二反饋力的矢量形式，為所述機械臂產生的阻尼力，正比于所述機械臂的末端的速度v，d_tool為所述機械臂的末端與所述虛擬夾具的中心線之間的距離，r_p為所述虛擬夾具內的自由活動區域的內徑，R_p為所述自由活動區域的外徑，ε₁和ε₂為用于表示反饋力變化率的參數，且ε₁+ε₂≤R_p-r_p，g_d為用于表示所述第二反饋力變化的變化函數，為g_d的矢量形式，k_d為用于表示阻尼力大小的常數。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述從控機器人包括：

機械臂，用于接收所述操作指令以完成配網帶電作業；

六維力傳感器，設置于所述機械臂的末端，用于實時獲取所述受力。

3.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述操作主端包括：

遙控操作手柄，用于接收所述操作指令；

力反饋設備，設置于所述遙控操作手柄上，用于接收所述受力，并實時模擬所述受力。

4.一種控制方法，其特征在于，包括：

接收操作主端的操作指令；

根據所述操作指令執行配網帶電作業；

在從控機器人的機械臂移動的過程中實時獲取所述機械臂的末端與虛擬夾具、非作業設備之間的位置關系；

根據所述位置關系實時調節受力；

向操作主端反饋所述受力；

所述控制方法包括：

拍攝現場的圖像并進行三維重建以獲得待作業的設備的三維模型；

根據所述三維模型以預定距離添加約束點；

通過曲線擬合根據所述約束點生成三維空間曲線以形成所述虛擬夾具；

所述根據所述位置關系實時調節受力具體包括：

基于公式(1)和公式(2)根據所述機械臂的末端與非作業設備之間的距離計算第一反饋力，

其中，F_h為所述第一反饋力，F_max為所述操作主端的力反饋設備應用的最大反饋力數值，d_min為所述機械臂的末端和預設的所述非作業設備之間的最小距離，m為所述第一反饋力隨著所述最小距離變化的增強因子，K為用于表示在產生最大反饋力時所述機械臂的末端與所述非作業設備之間的最小距離的參數，T為預設的扭矩，為第一反饋力F_h的矢量形式，F_X為所述第一反饋力在預設坐標系中X軸方向上的分力，F_Y為所述第一反饋力在所述預設坐標系中Y軸方向上的分力，F_Z為所述第一反饋力在所述預設坐標系中Z軸方向上的分力，d_X為所述機械臂的末端與所述非作業設備之間的最小距離在所述預設坐標系中X軸方向上的分量，d_Y為所述機械臂的末端與所述非作業設備之間的最小距離在所述預設坐標系中Y軸方向上的分量，d_Z為所述機械臂的末端與所述非作業設備之間的最小距離在所述預設坐標系中Z軸方向上的分量，為最小距離d_min的m次方；

基于公式(3)、公式(4)和公式(5)計算所述機械臂的末端與所述虛擬夾具的距離計算第二反饋力，

其中，為所述第二反饋力的矢量形式，為所述機械臂產生的阻尼力，正比于所述機械臂的末端的速度v，d_tool為所述機械臂的末端與所述虛擬夾具的中心線之間的距離，r_p為所述虛擬夾具內的自由活動區域的內徑，R_p為所述自由活動區域的外徑，ε₁和ε₂為用于表示反饋力變化率的參數，且ε₁+ε₂≤R_p-r_p，g_d為用于表示所述第二反饋力變化的變化函數，為g_d的矢量形式，k_d為用于表示阻尼力大小的常數。