【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于自适应变阻抗的变电站电力屏柜门解锁接触力控方法，属于电力运维设备。
技术介绍
1、随着电网变电站的发展升级和机器人技术的不断进步，变电站巡检机器人已经在35kv以上的变电站得到广泛应用，但广泛装备的变电站机器人仅具有巡视监测功能，不具备操作功能。为适应变电站设备巡检任务精细化、操作智能化及系统柔性化等要求，移动操作机器人已在变电站设备巡检作业中得到了逐步应用。与仅能巡视监测设备的传统变电站机器人相比，移动操作机器人因为兼顾巡视和现场操作两方面功能，具有更强的安全防患能力、更大范围的工作空间、更灵活的操作方式和系统结构，是目前电力机器人的研究和应用热点之一。其中一个典型应用场景为设计轮式移动操作机器人，并且以电力柜开门巡检任务为应用对象为其工作轨迹规划方法，以替代人工解锁开门深入柜内安全作业。
2、在解锁的接触力控制方面，理想情况下机器人操作手臂接触门锁后跟踪其解锁轨迹，但是机器人在实际运行中往往存在系统的标定误差或外界干扰，这些因素会导致操作手臂在跟踪运动中存在时变的轨迹偏差，而时变的轨迹偏差会使得机器人与门锁之间产生接触力，控制不当可能导致门锁或机器人的损坏。
3、因此，设计一种具有自适应变阻抗的变电站电力屏柜门解锁接触力控方法至关重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于自适应变阻抗的变电站电力屏柜门解锁接触力控方法，解决
技术介绍
部分所述移动操作机器人运动中存在时变的轨迹偏差，而时变的轨迹偏差使得机器人与门锁之间产生
2、本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：
3、一种基于自适应变阻抗的变电站电力屏柜门解锁接触力控方法，包括以下步骤：
4、步骤s1：分解解锁跟踪轨迹误差来源，包括机器人操作臂机械标定误差和操作臂的基坐标系与世界坐标系之间的定位误差；
5、步骤s2：根据跟踪轨迹误差来源特征，构建操作臂与门锁手柄间接触力的“质量-阻尼-弹簧”阻抗模型；
6、步骤s3：基于“质量-阻尼-弹簧”阻抗模型，以自适应控制和阻抗控制理论为依据，提出能够自适应调整阻尼系数的接触力跟踪控制方法，补偿接触面刚度连续变化的影响，实现稳定跟踪到期望接触力。
7、本专利技术的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
8、前述基于自适应变阻抗的变电站电力屏柜门解锁接触力控方法，在步骤s1中，分别分析机器人本体机械标定误差和操作臂基坐标系与世界坐标系之间定位误差，并通过正运动学获得操作臂相邻两关节之间的变换关系，再通过微分获得操作臂相邻两关节之间的位姿误差方程，最后将误差方程带入操作臂的机械传动链，并根据传动链中标定参数的微小偏差以及操作臂正运动学，得到操作臂末端的轨迹误差矩阵
9、
10、其中，为操作臂相邻两关节之间的变换关系，i为机械臂某一关节，n为机械臂关节总数；
11、对于操作臂基坐标系与世界坐标系之间定位误差，转换为移动底盘运动至电力柜前的定位问题。
12、前述基于自适应变阻抗的变电站电力屏柜门解锁接触力控方法，在步骤s2中，根据误差特征将机器人和力传感器构成的系统建模为“质量-阻尼-弹簧”阻抗模型的二阶系统，并基于“质量-阻尼-弹簧”的二阶微分方程来获得运动状态量偏差和接触力偏差之间的动态关系如下
13、
14、其中mr表示惯性矩阵，br表示阻尼矩阵，kr表示刚度矩阵，对于n自由度操作臂，均为n×n正定对称矩阵，因各自由度解耦取其为正定对角阵；x表示操作臂末端实际运动位置，xd表示期望位置；表示操作臂末端实际运动速度，表示期望运动速度；表示操作臂末端实际运动加速度，表示期望运动加速度；fe表示操作手臂末端受到来自门锁对象的接触力；
15、接着，将门锁对象简化为一阶弹簧系统，此时门锁的接触压力表示为：
16、fe＝ki(xo-xm)
17、其中xo表示门锁接触面在不受力时的自然位置，xm为操作臂的实际运动位置，ki表示门锁接触面刚度，fe在实际系统中通过六维力传感器获取。
18、前述基于自适应变阻抗的变电站电力屏柜门解锁接触力控方法，在步骤s3中，针对操作臂按压电力屏柜门锁头后弹跳出手柄，然后夹持手柄旋转解锁的这一时序过程，提出的自适应变阻抗的解锁接触力控制方法表示为：
19、
20、其中e(t)＝xc-xo，xc为发送给操作臂跟踪控制指令轨迹，且通常情况下满足xm＝xc。fd为期望的跟踪力，λ为采样频率，β为更新率，br(t)为阻尼系数，ε＝10e-8，其中更新率β满足如下约束：
21、
22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
23、由于已有的基于力矩的阻抗控制和力/位混合控制等主流力控算法在跟踪期望接触力时，需要机器人控制系统具备快速的力跟随响应能力，否则会导致系统的不稳定，难以直接用来进行电力柜门解锁的接触力控制。本专利技术基于自适应变阻抗的接触力控制方法摆脱了对机器人操作臂驱动关节的电流控制模式api(application programminginterface)接口对用户开放和昂贵的六维力传感器的需求，实现了操作臂利用力反馈信息实现对环境的柔顺控制，对接触环境表现出柔顺性，避免解锁过程中待解门锁或机器人本体损坏。
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1.一种基于自适应变阻抗的变电站电力屏柜门解锁接触力控方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于自适应变阻抗的变电站电力屏柜门解锁接触力控方法，其特征在于，步骤S1中，分别分析机器人本体机械标定误差和操作臂基坐标系与世界坐标系之间定位误差，并通过正运动学获得操作臂相邻两关节之间的变换关系，再通过微分获得操作臂相邻两关节之间的位姿误差方程，最后将误差方程带入操作臂的机械传动链，并根据传动链中标定参数的微小偏差以及操作臂正运动学，得到操作臂末端的轨迹误差矩阵
3.如权利要求1所述的基于自适应变阻抗的变电站电力屏柜门解锁接触力控方法，其特征在于，步骤S2中，根据误差特征将机器人和力传感器构成的系统建模为“质量-阻尼-弹簧”阻抗模型的二阶系统，并基于“质量-阻尼-弹簧”的二阶微分方程来获得运动状态量偏差和接触力偏差之间的动态关系如下
4.如权利要求1所述的基于自适应变阻抗的变电站电力屏柜门解锁接触力控方法，其特征在于，步骤S3中，针对操作臂按压电力屏柜门锁头后弹跳出手柄，然后夹持手柄旋转解锁的这一时序过程，提出的自适应变阻抗的解锁接触
...【技术特征摘要】
1.一种基于自适应变阻抗的变电站电力屏柜门解锁接触力控方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于自适应变阻抗的变电站电力屏柜门解锁接触力控方法，其特征在于，步骤s1中，分别分析机器人本体机械标定误差和操作臂基坐标系与世界坐标系之间定位误差，并通过正运动学获得操作臂相邻两关节之间的变换关系，再通过微分获得操作臂相邻两关节之间的位姿误差方程，最后将误差方程带入操作臂的机械传动链，并根据传动链中标定参数的微小偏差以及操作臂正运动学，得到操作臂末端的轨迹误差矩阵
3....
【专利技术属性】
技术研发人员：陈通，汪祝年，李星宇，孙文凯，李民，夏超，孔镜凯，周江迪，徐俊涵，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司，
类型：发明
国别省市：
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