[發明專利]一種面向電力機器人倒閘的遙操作力反饋控制方法及系統

在審

• 申請號: 202310709320.3
• 申請日: 2023-06-14
• 公開（公告）號: CN116572250A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 冒建亮;郭瑋琪;張彥潔;龔俊豪;李茗慧;張傳林
• 申請（專利權）人: 上海電力大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/00;B25J13/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

1.一種面向電力機器人倒閘的遙操作力反饋控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟S1、獲取遠程倒閘作業的基礎圖像，識別用于末端執行器維修的作業目標和非作業目標；

步驟S2、獲取末端執行器所處的運動信息、碰撞信息和/或抓握力信息；

步驟S3、根據所述運動信息、碰撞信息和/或抓握力信息，確定所述末端執行器的受力信息；

步驟S4、根據所述受力信息，控制遙操作端的三維力反饋控制手柄向運維工人提供與所述受力信息對應的反饋力。

2.根據權利要求1所述的一種面向電力機器人倒閘的遙操作力反饋控制方法，其特征在于，所述運動信息為末端執行器的運行速度，表達式為：

v_t+1＝(1-γ)(X·v_t+Y·F)+γv_t

式中，V_t+1為t+1時刻的末端執行器速度，γ為權重系數，表示當前末端執行器速度變化的權重，X矩陣表征末端執行器速度在運動過程中動態變化規律，V_t為t時刻的末端執行器速度，Y矩陣為機械臂在運動過程中的阻尼、摩擦因素對速度的影響，F為三維力反饋手柄的控制輸入力。

3.根據權利要求1所述的一種面向電力機器人倒閘的遙操作力反饋控制方法，其特征在于，所述碰撞信息包括末端執行器進入約束區域時在三維力反饋控制手柄上產生的碰撞阻礙力，表達式為：

式中，f為碰撞阻礙力，α為常數，d_i為末端執行器的位置與非作業目標的距離，d_max為裕量值，P_i為末端執行器距離非作業目標最近的各個節點。

4.根據權利要求1所述的一種面向電力機器人倒閘的遙操作力反饋控制方法，其特征在于，所述抓握力信息具體為：

末端執行器設備上配置的觸控傳感器實實時檢測更新抓握力信息，并與自動與最大限制抓握力σ_max進行比較；

如果抓握力σ大于最大限制抓握力σ_max，此時作業端只施加σ_max的力進行運維；

倒閘推動手車環節對應的抓握力σ表達式為：

式中，m為工具的質量，a為工具的加速度，μ為工具和作業目標之間的摩擦系數，θ為操作角度，I為作業目標的慣性矩，α為作業目標的角加速度，r為作業目標的半徑。

5.一種基于權利要求1～4任一項所述的面向電力機器人倒閘的遙操作力反饋控制方法的系統，其特征在于，該系統包括三維力反饋控制手柄(1)、以及通過數據通信模塊(2)與所述三維力反饋控制手柄(1)相連接的終端控制子系統(3)；所述三維力反饋控制手柄(1)包括三維力反饋手柄位置信息采集模塊(11)、三維力反饋手柄控制板(12)和三維力反饋電機驅動模塊(13)；所述終端控制子系統(3)包括數據顯示模塊(31)、力反饋檢測模塊(32)和力反饋計算模塊(33)；

其中，所述三維力反饋手柄位置信息采集模塊(11)采集的位置信息通過數據通信模塊(2)傳輸至終端控制子系統(3)，并在數據顯示模塊(31)上顯示；末端執行器中的受力信息通過數據通信模塊(2)傳輸至三維力反饋電機驅動模塊(13)，同時，力反饋檢測模塊(32)為末端執行器提供力反饋檢測服務并獲取測量反饋值；力反饋計算模塊(33)實時計算反饋力大小并通過數據通信模塊(2)傳輸到三維力反饋手柄控制板(12)，所述三維力反饋手柄控制板(12)驅動三維力反饋電機驅動模塊(13)，提供實時力反饋。

6.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，所述三維力反饋手柄位置信息采集模塊(11)包括陀螺儀、加速度計和位置信息計算子模塊；根據陀螺儀和加速度計采集三維力反饋控制手柄(1)的角速度和加速度，通過位置信息計算子模塊計算得到三維力反饋控制手柄(1)的運動角度位置信息。