带电作业机器人碰撞检测方法及带电作业机器人技术

本申请提供了一种带电作业机器人碰撞检测方法及带电作业机器人，涉及机器人领域，包括获取步骤：利用腕部六维力传感器和基座六维力传感器获取二者各自位置的六维力数据；求解步骤：建立机械臂DH坐标系和动力学方程，利用六维力数据求算碰撞力解；判断步骤：建立执行器的重力补偿模型并设置碰撞力阈值，判断带电作业机器人发生的碰撞情形。对机械臂和执行器任意部位的碰撞进行有效监测，在触发带电作业机器人自身保护性停止之前，最大限度防止环境物体和机器人本体损坏，避免作业程序异常中止，减少人工干预次数。将执行器和机械臂本体进行独立碰撞判断，既对机器人整臂碰撞检测，又满足执行器精细控制水平。又满足执行器精细控制水平。又满足执行器精细控制水平。

【技术实现步骤摘要】
带电作业机器人碰撞检测方法及带电作业机器人


[0001]本申请涉及机器人领域，尤其是涉及一种带电作业机器人碰撞检测方法及带电作业机器人。

技术介绍

[0002]随着对城市配电网稳定运行要求越来越高，带电作业需求日益增加，但劳动强度大、高空作业安全风险高、带电作业环境复杂等客观情况限制了其广泛开展程度。带电作业机器人的开发与应用，大大改善了带电作业条件，降低了对操作人员要求，避免直接靠近带电体，显著提高作业安全性和舒适性。
[0003]现有技术中，配电网例如10kV配电网的带电作业机器人主要采用多自由度机械臂与专用末端执行器结合，以实施确定的带电作业任务。由于实际现场作业环境、线路布置、横担排列等的形式多样且情况复杂，带电作业机器人不可避免地在作业过程中经常地与线缆、横担等设施设备相碰撞。这种碰撞可能导致机器人本体发生损坏，严重情况下会破坏输电线路，危害电网安全。同时，注意到带电作业机器人的末端执行器一般尺寸较大、结构复杂且功能丰富，机器人与环境或自身发生碰撞后，一般会立即切换为保护性停止状态（或其他类似状态），作业也将因此被中止，并需要由地面操作人员手动遥控复位，此类操作一般难以精确实施，且效率很低，这严重制约了带电作业机器人的自动化程度和智能化水平。
[0004]现有技术中，已经提出了一些针对带电作业机器人的碰撞检测技术，但这些检测技术中，存在应用作业范围较小且难以检测较小作业目标的碰撞（例如采用深度视觉的技术）、对机器人的检测不够全面（例如对非末端部分的接触碰撞无法有效检测）、无法应对环境变化以及出现误动作（例如采用雷达点云技术，此外雷达点云技术所进行的作业路径规划也使得作业区域有限）的问题。
[0005]此外，在一些碰撞检测技术中还涉及利用六维力传感器进行碰撞检测的方法，然而，在这类方法通常将机械臂自身与末端执行器视为一体，因此无法应对机械臂自身与末端执行器碰撞的情况，特别是在作业环境狭小，末端执行器尺度较大且不规则情况，易导致末端执行器损坏；因采用基座力传感器进行整臂碰撞检测，碰撞力阈值一般设置略大，对远离基座的末端微小碰撞无法精确判别，也无法实现末端的精准、高效力控。
[0006]而在一些无传感检测技术中，利用各关节电流获得关节力矩，进而计算碰撞情况，但这种方法存在以上所提及的检测不准确的问题，因为其无法较为准确得到关节减速机等的粘滞摩擦和库伦摩擦，并且对波动的速度进行微分而得到加速度，人为地引进了噪音和时延。

技术实现思路

[0007]本申请的第一目的是提供一种带电作业机器人碰撞检测方法，以实现高自动化、智能化及控制精准化。
[0008]本申请的第二目的是提供一种带电作业机器人，带电作业机器人采用如上所述的
带电作业机器人碰撞检测方法。
[0009]第一方面，本申请提供一种带电作业机器人碰撞检测方法，用于带电作业机器人，所述带电作业机器人包括：机械臂，包括设置于安装表面的机械臂基座和连杆组件，所述连杆组件的第一端与所述机械臂基座连接；执行器，与所述连杆组件的第二端连接；所述带电作业机器人碰撞检测方法包括：获取步骤：利用设置在所述安装表面和所述机械臂基座之间的基座六维力传感器和设置在所述连杆组件的第二端与所述执行器之间的腕部六维力传感器获取二者各自位置的六维力数据；求解步骤：建立机械臂DH坐标系和动力学方程，利用所述六维力数据求算碰撞力解；判断步骤：建立所述执行器的重力补偿模型并设置碰撞力阈值，判断所述带电作业机器人发生的碰撞情形。
[0010]优选地，所述判断步骤还包括：定义变化阈值，当所述带电作业机器人碰撞检测方法中的变量值与预定值的偏差大于所述变化阈值时，接收所述变量值作为碰撞判断的输入条件。
[0011]优选地，所述求解步骤还包括：提出如下用于求解所述碰撞力解的合理假设：所述机械臂与所述障碍物碰撞时，在碰撞坐标系下，不产生力矩；所述机械臂与所述障碍物的接触处无摩擦，所述接触处的力的方向与所述接触处所在的所述连杆组件中的连杆垂直；所述碰撞坐标系与基坐标系的方向一致。
[0012]优选地，所述求解步骤还包括：采用最小二乘法，对求解所述动力学方程所得到的多个碰撞力结果中的非奇异解进行回归分析，以获得所述碰撞力解。
[0013]优选地，所述判断步骤还包括：获取所述带电作业机器人的所有碰撞情形并定义预定时长，在多个所述碰撞情形中的一者持续的时间大于所述预定时长时，确定该所述碰撞情形发生。
[0014]优选地，所述预定时长至少由所述带电作业机器人的应用场景、所述带电作业机器人的应用要求、所述机械臂的自身反馈时间、所述腕部六维力传感器的采样频率、所述基座六维力传感器的采样频率以及所述机械臂的装配结构中的一者或多者确定。
[0015]优选地，所述预定时长为20ms。
[0016]优选地，所述带电作业机器人碰撞检测方法还包括：执行步骤：依据所发生的所述碰撞情形，采取对应的力控制策略驱动所述机械臂。
[0017]优选地，所述获取步骤还包括：对所述六维力数据采用巴特沃斯二阶滤波器进行处理。
[0018]第二方面，本申请提供一种带电作业机器人，所述带电作业机器人采用如上所述的带电作业机器人碰撞检测方法。
[0019]本申请提供的带电作业机器人碰撞检测方法，在带电作业机器人作业时，可对机械臂和执行器任意部位的碰撞进行有效监测，在触发带电作业机器人自身保护性停止之前，最大限度防止环境物体和机器人本体损坏，避免作业程序异常中止，减少人工干预次数。将执行器和机械臂本体进行独立碰撞判断，既对机器人整臂碰撞检测，又满足执行器精细控制水平。如此实现高自动化、智能化及控制精准化。
[0020]为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0022]图1示出了带电作业机器人作业的示意图；图2示出了带电作业机器人的结构的示意图。
[0023]附图标记：11
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输电线路；12
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横担；13
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电线杆；14
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带电作业机器人；15
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机器人安装平台；16
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绝缘斗臂车；141
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末端执行器；142
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连杆组件；143
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腕部六维力传感器；144
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机械臂基座；145
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基座六维力传感器。
具体实施方式
[0024]下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带电作业机器人碰撞检测方法，用于带电作业机器人，所述带电作业机器人包括：机械臂，包括设置于安装表面的机械臂基座和连杆组件，所述连杆组件的第一端与所述机械臂基座连接；执行器，与所述连杆组件的第二端连接；其特征在于，所述带电作业机器人碰撞检测方法包括：获取步骤：利用设置在所述安装表面和所述机械臂基座之间的基座六维力传感器和设置在所述连杆组件的第二端与所述执行器之间的腕部六维力传感器获取二者各自位置的六维力数据；求解步骤：建立机械臂DH坐标系和动力学方程，利用所述六维力数据求算碰撞力解；判断步骤：建立所述执行器的重力补偿模型并设置碰撞力阈值，判断所述带电作业机器人发生的碰撞情形。2.根据权利要求1所述的带电作业机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述判断步骤还包括：定义变化阈值，当所述带电作业机器人碰撞检测方法中的变量值与预定值的偏差大于所述变化阈值时，接收所述变量值作为碰撞判断的输入条件。3.根据权利要求1所述的带电作业机器人碰撞检测方法，其特征在于，所述求解步骤还包括：提出如下用于求解所述碰撞力解的合理假设：所述机械臂与障碍物碰撞时，在碰撞坐标系下，不产生力矩；所述机械臂与所述障碍物的接触处无摩擦，所述接触处的力的方向与所述接触处所在的所述连杆组件中的连杆垂直；所述碰撞坐标系与基坐标系的方向一致。4.根据权利要求1所述的带电作业机器人碰撞检测方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅，李惠宇，王新建，吕鹏，王朝松，梁保秋，冯俐，任青亭，李威，林德政，田鹏云，肖雁起，罗志竞，周文涛，王汝新，刘明朗，冬旭，孟希军，
申请(专利权)人：国网瑞嘉天津智能机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：