双臂带电作业机器人的协调控制技术研究

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带电作业机器人被广泛的应用到输电线路和电力设备的检修与维护等工作。现代带电作业对象趋向于复杂多样、作业环境苛刻,双臂带电作业机器人凭借着仿人属性的优势更适合于现代电网的检修与维护等工作,双臂协调控制技术是双臂带电作业机器人的关键技术之一。本文研究了双臂带电作业机器人的协调控制技术,分析了带电作业双臂机器人的国内外发展现状和应用产业前景,简要叙述了带电作业双臂机器人系统的主要组成部分,构建了双臂带电作业机器人运动学模型,针对配电网架空线路的带电作业任务,分别对双臂带电作业机器人的协调控制方法、规划算法进行研究,提出基于 DMC的力位混合协调控制方法,通过仿真验证,基于 DMC的力位混合协调控制方法能够实现双臂的协调带电作业。  本文依托山东省重大专项“面向复杂柔性装配新一代工业机器人的研发”,从以下几部分展开研究  首先,介绍了双臂带电作业机器人的整体组成情况,分别从智能操控终端、模块化关节、感知系统、双臂控制机制和绝缘防护措施等五部分对双臂带电作业机器人系统进行全面的介绍,通过SolidWorks设计了关节的模块化构造,并在双臂带电作业控制机制部分提出了双臂控制结构和控制系统的设计思路,分析了双臂带电作业机器人的绝缘设计,为下文双臂带电作业机器人的协调控制关键技术和理论研究奠定基础。  其次,构建以OUR机械臂为对象的双臂带电作业机器人模型,运用D-H参数建模,进行正逆运动学分析,并且运用Matlab Robotic Toolbox对运动学模型进行仿真验证和分析,为双臂带电作业机器人的协调控制技术研究提供理论支持。  然后,以构建的双臂带电作业机器人运动学模型为基础,针对配电网的带电作业任务,对双臂带电作业机器人的协调控制方法、运动规划展开研究,提出主从式协调控制方法,主臂采用位置控制,从臂采用基于模型预测控制算法 DMC的力与位置的混合跟踪控制,构建机械臂运动预测模型库,通过 MPC的双重优化实现精准的从臂目标位置跟踪;分析了双臂带电作业的轨迹规划算法,分别从关节空间轨迹规划算法和笛卡尔空间轨迹规划算法,并对机械臂进行运动规划,提出了基于C空间的避障方法,将双臂带电作业过程中的障碍物转换至空间坐标内,实现避障规划。  最后,本文以Matlab Robotic Toolbox和DMC仿真软件为工具,对双臂带电作业过程中的协调控制方法和轨迹规划进行仿真验证。
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