基于力反饋的帶電作業(yè)機(jī)器人智能交互控制系統(tǒng).pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，生產(chǎn)自動(dòng)化水平不斷提高，機(jī)器人在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中的地位越來(lái)越重要，特別是在一些危險(xiǎn)系數(shù)高、勞動(dòng)強(qiáng)度大的領(lǐng)域內(nèi)。帶電作業(yè)是在高壓電氣設(shè)備上進(jìn)行不停電檢修、部件測(cè)試或更換的一項(xiàng)特殊的工程技術(shù)。一直以來(lái)我國(guó)都采用人工帶電作業(yè)方式，人工帶電作業(yè)可以根據(jù)人的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)線路進(jìn)行檢修和測(cè)試，能夠準(zhǔn)確找到線路的故障點(diǎn)，并且及時(shí)解決。但是作業(yè)對(duì)象是10KV及以下的高壓架空線路，人工帶電作業(yè)意味著操作人員要處在高空、高壓、強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)

2、境中，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人體姿態(tài)不容易控制，即使嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)范并增加絕緣防護(hù)措施，也無(wú)法緩解作業(yè)人員的精神壓力和體力損耗，稍不注意就會(huì)發(fā)生人身傷亡事故，給家人帶來(lái)極大的傷痛，給社會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的損失。為了避免悲劇的發(fā)生，使帶電作業(yè)更加安全，提高作業(yè)效率，采用機(jī)器人代替人工進(jìn)行作業(yè)已經(jīng)迫在眉睫，也符合時(shí)代的要求。
　　 高壓帶電作業(yè)機(jī)器人由機(jī)械結(jié)構(gòu)（包括移動(dòng)升降平臺(tái)、主手、作業(yè)機(jī)械臂）、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)、專(zhuān)用工具、絕緣防

3、護(hù)裝置等組成。移動(dòng)升降平臺(tái)使機(jī)械臂到達(dá)指定的作業(yè)區(qū)域和高度;操作人員通過(guò)控制主手，使從手能夠?qū)崟r(shí)地、準(zhǔn)確地完成相應(yīng)的動(dòng)作;運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)械臂末端位置和姿態(tài)的控制，同時(shí)將機(jī)械臂的當(dāng)前信息反饋至主手控制裝置;專(zhuān)用工具能夠協(xié)助機(jī)器人更好的完成作業(yè)任務(wù);絕緣防護(hù)裝置保證了操作的安全性。高壓帶電作業(yè)機(jī)器人不僅可以將工作人員從危險(xiǎn)的、繁重的、精神緊張的工作中解放出來(lái)，而且可以帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，所以說(shuō)，高壓帶電作業(yè)機(jī)器人是代替人

4、工從事帶電作業(yè)的必然趨勢(shì)。
　　 為此，2012年國(guó)家“十二五”高新技術(shù)發(fā)展規(guī)劃（“863計(jì)劃”）先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域“公共安全與救援機(jī)器人”重點(diǎn)項(xiàng)目課題，對(duì)“面向電力帶電搶修作業(yè)機(jī)器人研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”進(jìn)行了立項(xiàng)研究。
　　 本文對(duì)國(guó)內(nèi)外帶電作業(yè)技術(shù)以及機(jī)器人已取得的成果進(jìn)行了調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入的研究和實(shí)踐。主要工作有以下幾個(gè)方面:
　　 一、在對(duì)我國(guó)帶電作業(yè)需求進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，全面闡述了帶電作

5、業(yè)機(jī)器人的工作原理和技術(shù)特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況，較好的將力反饋技術(shù)應(yīng)用于帶電作業(yè)領(lǐng)域。
　　 二、完成了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和動(dòng)力學(xué)建模。通過(guò)建立空間坐標(biāo)系和坐標(biāo)變換得到了系統(tǒng)D-H模型，運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，并深入地研究了運(yùn)動(dòng)學(xué)的正解和逆解問(wèn)題;采用機(jī)器人的雅克比矩陣進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，詳細(xì)敘述了用拉格朗日法建立動(dòng)力學(xué)模型的基本步驟，并推導(dǎo)出系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，最后用ADAMS機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件對(duì)動(dòng)力學(xué)

6、相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析。
　　 三、以TRIOMC464為運(yùn)動(dòng)控制器，完成了帶電作業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)TRIO控制伺服閥，進(jìn)而控制各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，并且能夠?qū)?fù)雜程序分成幾個(gè)子任務(wù)同時(shí)執(zhí)行，使控制過(guò)程變得簡(jiǎn)單明了。
　　 四、實(shí)現(xiàn)了主從手之間的雙向控制，一是主手到從手的位置控制，使機(jī)械臂按照主手裝置的指令而運(yùn)動(dòng);二是從手到主手的力反饋控制，使得操作人員獲得真實(shí)的力覺(jué)臨場(chǎng)感。分析了主手控制信號(hào)采集和信號(hào)輸出電路，以及