配電線路維護(hù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、配電線路帶電作業(yè)應(yīng)用極其廣泛，采用機(jī)器人代替人工進(jìn)行配電線路維護(hù)作業(yè)，可使作業(yè)人員擺脫高空、高壓和強(qiáng)磁場的危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境，最大限度地保證作業(yè)人員的安全，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文圍繞某帶電作業(yè)機(jī)器人研發(fā)項(xiàng)目，對(duì)關(guān)節(jié)式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、路徑規(guī)劃、軌跡優(yōu)化、雙臂協(xié)同等方法開展理論與實(shí)驗(yàn)研究，以滿足配電線路維護(hù)作業(yè)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)、柔順和安全的要求。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在介紹配電線路維護(hù)機(jī)器人系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，結(jié)合線路維

2、護(hù)作業(yè)任務(wù)對(duì)機(jī)器人的控制要求，分析了機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了機(jī)械臂的動(dòng)作方案。⑵以優(yōu)傲機(jī)械臂為例，采用DH參數(shù)法建立了UR5機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，基于數(shù)值解析法給出了機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解方程。結(jié)合機(jī)械臂參數(shù)，求解出機(jī)械臂關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍;采用蒙特卡洛法仿真分析了機(jī)械臂的工作空間，給出了機(jī)械臂末端的工作區(qū)域?；跈E球包圍盒的碰撞檢測(cè)法，設(shè)計(jì)了機(jī)械臂的避碰算法。⑶針對(duì)配電線路維護(hù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡平滑性與精準(zhǔn)性要求，開展機(jī)械臂軌跡優(yōu)化研究。采用五次多

3、項(xiàng)式插值與三次B樣條插值法，在關(guān)節(jié)空間對(duì)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃。進(jìn)一步，為優(yōu)化B樣條插值的時(shí)間點(diǎn)，提出了一種基于遺傳算法的最小時(shí)間-加加速度優(yōu)化算法，有效提高了作業(yè)效率。對(duì)任務(wù)空間軌跡規(guī)劃可能出現(xiàn)的奇異點(diǎn)和關(guān)節(jié)速度過大問題，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的解決方案。⑷針對(duì)配電線路維護(hù)作業(yè)對(duì)機(jī)械臂避障功能的要求，為機(jī)械臂末端8字形運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)了相應(yīng)的軌跡規(guī)劃算法，并在自行構(gòu)建的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)編程軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的軌跡規(guī)劃算法可使機(jī)械臂平穩(wěn)地實(shí)