带电作业机器人力觉临场感系统研究

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随着我国社会经济的发展和人民生活质量的提高,对电力系统供电可靠性的要求也越来越高,特别是电力系统中的一类负荷和二类负荷。若电网某处发生故障,在全区域拉闸停电检修的话,会给用户带来巨大的经济损失。因此,带电作业已成为保证电力系统供电可靠性的主要检修手段之一。带电作业分为人工带电作业和非人工带电作业两种方式,虽然人工带电作业能够准确的解决线路故障,但是具有较高的危险性。所以,研究一种高压带电作业机器人把人从这种高危的作业环境中替代出来,符合现代社会发展的要求。主从遥操作技术在带电作业机器人中的不断应用和发展,使得许多新兴技术融入其中,而力觉临场感技术就是其中之一。在带有力觉临场感的带电作业机器人系统中,感知操作者与从机械手之间、从机械手与外界环境之间的交互信息都具有十分重要的意义。前者的意义在于通过从机械手将其在非确定性环境中的感知传递给操作者,操作者可以做出相对复杂的规划决策,更准确的控制从机械手;后者的意义在于对于一些不能或不便到达的恶劣环境(如深海、空间、战场等),操作者可以在安全的区域内通过控制远方从机械手进行作业。而在带电作业时,操作者需要实时掌控故障线路的情况,如果将力觉临场感技术应用到带电作业机器人系统中,操作者可以根据实际状况制定及时、有效的策略控制远方的从机械手,更好的完成带电作业任务。本文针对机器人在电力系统带电作业方面应用的迫切需求,研制适用于配电网的带电作业机器人,主要进行以下工作:一、对带电作业机器人系统进行分析,并将力觉临场感技术应用到系统中,全面阐述了整个系统的国内外发展情况、具体工作过程以及技术特点等。二、详细介绍带电作业机器人系统,包括机械、液压、控制、通讯几部分,并分析各部分在整个系统中的作用。三、完成了从机械手的运动学、动力学建模。通过对从机械手的分析建立其D-H模型,并深入地研究了运动学的正、逆解问题;采用拉格朗日法建立机器人的动力学模型,推导出系统的动力学方程,为动力学仿真提供理论依据,并求取机器人的雅克比矩阵和力雅克比矩阵,最后用ADAMS软件对动力学行仿真。四、带电作业机器人力觉临场感系统的实现。采用TMS320F2812作为处理器进行伺服放大电路的设计、电源稳压模块设计、模数转换电路设计等。此外,还对双向伺服控制算法进行研究,特别是位置控制和力控制,在此基础上提出一种基于模糊PID的双向伺服控制算法,并对其进行仿真。
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