一种基于力反馈主从控制的带电作业机器人避雷器更换方法技术

本发明专利技术提出一种基于力反馈主从控制的带电作业机器人避雷器更换方法。机械臂、主操作手以及工控机构成力反馈主从控制系统，工控机根据机械臂末端受力数据，计算出主操作手各个关节的扭矩数据，通过主操作手的控制接口，控制主操作手各关节输出扭矩，使主操作手反馈受力，操作人员根据主操作手的反馈受力确认机械臂的力度；操作人员改变主操作末端位姿，工控机根据主操作手各旋转关节的角度数据，计算出机械臂末端速度矢量的期望值，通过机械臂的控制接口，按照所述期望值控制机械臂运动，以改变机械臂的力度。本发明专利技术提高了作业临场感，可以更加精准地判断各项操作是否精准到位。

A method of replacing lightning arresters for live working robots based on force feedback master-slave control

The invention proposes a method for replacing lightning arresters of live working robots based on force feedback master-slave control. The main manipulator, the main manipulator and the industrial control mechanism form the force feedback master-slave control system. According to the force data at the end of the manipulator, the industrial control computer calculates the torque data of each joint of the main manipulator. Through the control interface of the main manipulator, the output torque of each joint of the main manipulator is controlled, so that the main manipulator can feedback the force, and the operator according to it. The feedback force of the main manipulator confirms the strength of the manipulator; the operator changes the position and posture of the main manipulator end, and the industrial computer calculates the expected value of the velocity vector at the end of the manipulator according to the angle data of the rotating joints of the main manipulator, and controls the motion of the manipulator according to the expected value through the control interface of the manipulator to change the machine. Arm strength. The invention improves the sense of presence on the job and can judge more accurately whether the operations are accurate.

【技术实现步骤摘要】
一种基于力反馈主从控制的带电作业机器人避雷器更换方法
本专利技术属于电力
，具体涉及一种基于力反馈主从控制技术的带电作业机器人避雷器更换方法。
技术介绍
避雷器在当今电力系统输配电线路中广泛使用，成为电力系统中过电压防护的主要设备。随着配电网的长期运行，避雷器可能出现螺母松动，瓷套破裂，橡胶圈老化种种问题，需要更换。通常做法是停电更换，若停电面积较大，会造成无法估量的损失，严重影响供电企业的经济效益和社会效益。现在广大研究人员也在积极研究带电作业更换避雷器的方法。但是人工的更换和维护，作业人员将在高压带电线路附近作业，具有一定的安全隐患。配电线路中带电作业更换避雷器主要采用绝缘手套作业法，绝缘手套作业法中作业人员穿戴全套绝缘防护用具，通过绝缘手套进行带电作业。还需要对人体可能触及到的带电体和接地体进行绝缘遮蔽。更换过程中往往产生电弧，极易对作业人员造成灼伤；在更换过程中需要对上下引线进行拆接，也会有触电的危险；作业人员在绝缘斗臂车上的绝缘斗上作业，有高处坠落的风险；在作业过程中，可能会由于人为操作的失误，客观上相间引线间距小，可能造成相间短路事件，给人民财产，人身安全造成威胁。此前，作业人员可以通过主操作手远程遥控机器人的带电作业机器人，可保证作业人员与高压电场隔离；远程遥控操作时，操作人员根据作业场景监控系统监控作业过程，对机器臂与作业对象之间、机械臂之间、作业对象与作业环境之间的相对位置的判断更精确，且不会存在视觉死角，操作精度更高，可以防止碰撞发生，提高了作业安全性。但是，在使用前述带电作业机器人进行精确定位的带电操作时，例如拆接隔离刀闸、跌落式熔断器及避雷器两端导线等，主要通过观察作业环境图像(包括实时图像和3D建模图像)来判断机械臂是否操作到位，对于机械臂与操作对象之间以及机械臂与机械臂之间接触力度大小并无感知，难以判断操作精度是否符合操作要求。如果操作人员或者控制系统能够感知机械臂与操作对象之间以及机械臂与机械臂之间接触力度大小，则可以更加精准地判断各项操作是否精准到位。由于力反馈主手能够同时实现多个自由度的位置控制与力反馈，把力反馈主手应用到带电作业机器人主从控制的需求非常强烈。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，提出一种基于力反馈主从控制技术的带电作业机器人避雷器更换方法，提高了作业临场感，可以更加精准地判断各项操作是否精准到位。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于力反馈主从控制的带电作业机器人避雷器更换方法，带电作业机器人具有设置在机器人平台上的机械臂，包括第一机械臂、第二机械臂以及辅助机械臂，第一机械臂、第二机械臂以及辅助机械臂完成以下工作：第一机械臂、第二机械臂以及辅助机械臂端部安装夹持工具，用夹持工具夹持绝缘遮蔽材料对标记的带电体进行绝缘遮蔽；然后第一机械臂和第二机械臂末端换装螺栓拆装工具；辅助机械臂夹持引线固定装置移动到横担附近并将引线固定装置的固定孔与横担上固有的固定孔对齐；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定引线固定装置的螺栓，将固定引线固定装置固定在横担上；辅助机械臂夹持上引线，第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除避雷器上固定上引线的螺栓，然后辅助机械臂将拆卸下来的上引线移动到引线固定装置上端的固定孔附近；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定上引线的螺栓，将上引线固定在引线固定装置的上端；辅助机械臂停止夹持上引线，并移动到下引线附近对下引线进行夹持；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除避雷器上固定下引线的螺栓，然后辅助机械臂将拆卸下来的下引线移动到引线固定装置下端的固定孔附近；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定下引线的螺栓，将下引线固定在引线固定装置的下端；辅助机械臂停止夹持下引线，并移动到避雷器附近对避雷器进行夹持；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定避雷器和横担的螺栓；螺栓拆除后，辅助机械臂将避雷器移动至机器人平台上放置；辅助机械臂夹持新的避雷器，将新的避雷器移动至横担附近；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定避雷器与横担的螺栓，将避雷器与横担固定；辅助机械臂停止夹持避雷器，转而夹持固定在引线固定装置上的下引线；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线的螺栓，将下引线从引线固定装置上拆下来；辅助机械臂将下引线移动至避雷器下端的安装孔附近，第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定下引线的螺栓，将下引线固定在避雷器下端；辅助机械臂停止夹持下引线，转而夹持固定在引线固定装置上的上引线；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线的螺栓，将上引线从引线固定装置上拆下来；辅助机械臂将上引线移动至避雷器上端附近的安装孔，第一机械臂与第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定上引线的螺栓，将上引线固定在避雷器上端；辅助机械臂停止夹持上引线，转而夹持引线固定装置；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定引线固定装置与横担的螺栓，将引线固定装置从横担上拆下来；辅助机械臂将引线固定装置放回机器人平台上专用工具箱；第一机械臂和第二机械臂换装夹持工具，使用夹持工具夹持覆盖在带电体上的绝缘遮蔽材料，撤除绝缘遮蔽材料；在上述过程中，工控机根据各机械臂末端受力数据，计算出主操作手各个关节的扭矩数据，通过主操作手的控制接口，控制主操作手各关节输出扭矩，使主操作手反馈受力，操作人员根据主操作手的反馈受力确认机械臂的力度；在上述过程中，操作人员改变主操作末端位姿，工控机根据主操作手各旋转关节的角度数据，计算出各机械臂末端速度矢量的期望值，通过各机械臂的控制接口，按照所述期望值控制机械臂运动，以改变机械臂的力度。进一步，所述各机械臂末端受力数据由安装在机械臂末端的六自由度力/力矩传感器采集获得，其标量为六自由度力/力矩数据。进一步，所述械臂末端受力数据的标量为六自由度力/力矩数据，其由工控机根据机械臂的末端位姿数据和末端速度数据，使用基于虚拟现实技术计算获得，具体过程为：步骤1，运用八分法对机械臂作业场景对应的虚拟现实场景进行逐步划分，构建八叉树；步骤2，获取机械臂末端位姿数据，以该末端位姿数据为球心，创建包围球，设置包围球的半径为所需碰撞检测的距离；步骤3，对步骤2的包围球与步骤1的八叉树进行碰撞检测，若没有发生碰撞，则机械臂末端的六自由度力/力矩数据为零，若发生碰撞，则获取虚拟现实场景中发生碰撞的数据点，根据发生碰撞的数据点坐标与机械臂末端位姿数据，计算碰撞深度矢量；步骤4，根据碰撞深度矢量计算机械臂末端六自由度力/力矩数据，即采用弹簧阻尼模型计算反馈力，F＝-kx-cv其中，k为弹簧系数，x为碰撞深度矢量，c为阻尼系数，v为机械臂末端速度矢量，F为反馈力，其标量为六自由度力/力矩数据。进一步，对主操作手静力学建模，得到机械臂末端六自由度力/力矩数据到主操作手各个关节扭矩数据的转换关系，工控机根据所述转换关系计算出主操作手各个关节的扭矩数据。进一步，获取机械臂末端速度矢量期望值的方法为：运用D-H建模方法对主操作手建模，得出主操作手的各个旋转关节的角度数据到主操作手末端位姿数据的转换关系；工控机接收主操作手发送的各个旋转关节的角度数据，根据所述转换关系计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于力反馈主从控制的带电作业机器人避雷器更换方法，其特征在于，带电作业机器人具有设置在机器人平台上的机械臂，包括第一机械臂、第二机械臂以及辅助机械臂，第一机械臂、第二机械臂以及辅助机械臂完成以下工作：第一机械臂、第二机械臂以及辅助机械臂端部安装夹持工具，用夹持工具夹持绝缘遮蔽材料对标记的带电体进行绝缘遮蔽；然后第一机械臂和第二机械臂末端换装螺栓拆装工具；辅助机械臂夹持引线固定装置移动到横担附近并将引线固定装置的固定孔与横担上固有的固定孔对齐；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定引线固定装置的螺栓，将固定引线固定装置固定在横担上；辅助机械臂夹持上引线，第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除避雷器上固定上引线的螺栓，然后辅助机械臂将拆卸下来的上引线移动到引线固定装置上端的固定孔附近；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定上引线的螺栓，将上引线固定在引线固定装置的上端；辅助机械臂停止夹持上引线，并移动到下引线附近对下引线进行夹持；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除避雷器上固定下引线的螺栓，然后辅助机械臂将拆卸下来的下引线移动到引线固定装置下端的固定孔附近；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定下引线的螺栓，将下引线固定在引线固定装置的下端；辅助机械臂停止夹持下引线，并移动到避雷器附近对避雷器进行夹持；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定避雷器和横担的螺栓；螺栓拆除后，辅助机械臂将避雷器移动至机器人平台上放置；辅助机械臂夹持新的避雷器，将新的避雷器移动至横担附近；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定避雷器与横担的螺栓，将避雷器与横担固定；辅助机械臂停止夹持避雷器，转而夹持固定在引线固定装置上的下引线；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线的螺栓，将下引线从引线固定装置上拆下来；辅助机械臂将下引线移动至避雷器下端的安装孔附近，第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定下引线的螺栓，将下引线固定在避雷器下端；辅助机械臂停止夹持下引线，转而夹持固定在引线固定装置上的上引线；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线的螺栓，将上引线从引线固定装置上拆下来；辅助机械臂将上引线移动至避雷器上端附近的安装孔，第一机械臂与第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定上引线的螺栓，将上引线固定在避雷器上端；辅助机械臂停止夹持上引线，转而夹持引线固定装置；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定引线固定装置与横担的螺栓，将引线固定装置从横担上拆下来；辅助机械臂将引线固定装置放回机器人平台上专用工具箱；第一机械臂和第二机械臂换装夹持工具，使用夹持工具夹持覆盖在带电体上的绝缘遮蔽材料，撤除绝缘遮蔽材料；在上述过程中，工控机根据机械臂末端受力数据，计算出主操作手各个关节的扭矩数据，通过主操作手的控制接口，控制主操作手各关节输出扭矩，使主操作手反馈受力，操作人员根据主操作手的反馈受力确认机械臂的力度；在上述过程中，操作人员改变主操作末端位姿，工控机根据主操作手各旋转关节的角度数据，计算出机械臂末端速度矢量的期望值，通过机械臂的控制接口，按照所述期望值控制机械臂运动。...

【技术特征摘要】
1.一种基于力反馈主从控制的带电作业机器人避雷器更换方法，其特征在于，带电作业机器人具有设置在机器人平台上的机械臂，包括第一机械臂、第二机械臂以及辅助机械臂，第一机械臂、第二机械臂以及辅助机械臂完成以下工作：第一机械臂、第二机械臂以及辅助机械臂端部安装夹持工具，用夹持工具夹持绝缘遮蔽材料对标记的带电体进行绝缘遮蔽；然后第一机械臂和第二机械臂末端换装螺栓拆装工具；辅助机械臂夹持引线固定装置移动到横担附近并将引线固定装置的固定孔与横担上固有的固定孔对齐；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定引线固定装置的螺栓，将固定引线固定装置固定在横担上；辅助机械臂夹持上引线，第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除避雷器上固定上引线的螺栓，然后辅助机械臂将拆卸下来的上引线移动到引线固定装置上端的固定孔附近；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定上引线的螺栓，将上引线固定在引线固定装置的上端；辅助机械臂停止夹持上引线，并移动到下引线附近对下引线进行夹持；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除避雷器上固定下引线的螺栓，然后辅助机械臂将拆卸下来的下引线移动到引线固定装置下端的固定孔附近；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定下引线的螺栓，将下引线固定在引线固定装置的下端；辅助机械臂停止夹持下引线，并移动到避雷器附近对避雷器进行夹持；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定避雷器和横担的螺栓；螺栓拆除后，辅助机械臂将避雷器移动至机器人平台上放置；辅助机械臂夹持新的避雷器，将新的避雷器移动至横担附近；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定避雷器与横担的螺栓，将避雷器与横担固定；辅助机械臂停止夹持避雷器，转而夹持固定在引线固定装置上的下引线；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线的螺栓，将下引线从引线固定装置上拆下来；辅助机械臂将下引线移动至避雷器下端的安装孔附近，第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定下引线的螺栓，将下引线固定在避雷器下端；辅助机械臂停止夹持下引线，转而夹持固定在引线固定装置上的上引线；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定上引线的螺栓，将上引线从引线固定装置上拆下来；辅助机械臂将上引线移动至避雷器上端附近的安装孔，第一机械臂与第二机械臂使用螺栓拆装工具安装用于固定上引线的螺栓，将上引线固定在避雷器上端；辅助机械臂停止夹持上引线，转而夹持引线固定装置；第一机械臂和第二机械臂使用螺栓拆装工具拆除用于固定引线固定装置与横担的螺栓，将引线固定装置从横担上拆下来；辅助机械臂将引线固定装置放回机器人平台上专用工具箱；第一机械臂和第二机械臂换装夹持工具，使用夹持工具夹持覆盖在带电体上的绝缘遮蔽材料，撤除绝缘遮蔽材料；在上述过程中，工控机根据机械臂末端受力数据，计算出主操作手各个关节的扭矩数据，通过主操作手的控制接口，控制主操作手各关节输出扭矩，使主操作手反馈受力，操作人员根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭健，韩若冰，郭毓，龚勋，汤冯炜，林立斌，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32