基于虚拟现实的带电作业机器人智能控制系统

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为了保证电力系统的供电可靠性,在电力线路检修作业中大部分采用带电作业方式完成断线、接线、更换跌落保险等工作。随着机器人技术的蓬勃发展,将高压带电作业机器人引入到电力产业中,代替人工进行电力线路检修作业,使操作人员逐渐摆脱高空、高电压以及强辐射的恶劣作业环境,可大大提高电网的经济效益和电力系统运行的安全性。本文以国家863计划资助下所设计的高压带电作业机器人为实验平台,结合虚拟现实技术对高压带电作业机器人控制系统进行了改进与完善,设计了基于虚拟现实的带电作业机器人智能控制系统。该智能控制系统可以使操作人员在远离危险环境的情况下实现机器人的作业任务预演和碰撞检测,从而更加简化实际机器人的运动控制过程,提高控制精度。逼真的虚拟仿真环境与现实环境的同步使操作人员更有身临其境的沉浸感,减轻其心里负担,从而在很大程度上提高带电作业的安全性以及自动化水平,提高供电系统的经济效益。论文主要进行了以下工作:首先介绍了高压带电作业机器人系统整体结构,该系统主要包括以下几大部分:机器人本体、移动升降平台、绝缘防护系统及其他附属设备。其中机器人本体包括6自由度主从式液压机械臂、基于视觉伺服的跟踪控制系统、带电作业状态信息监控系统、智能化自动工具;移动升降平台包括移动车体、升降支撑臂、作业平台。文中对以上所述的具体组成部分均做了详细介绍。其次针对带电作业机器人的基本结构特征,建立了六自由度液压机械臂的运动学模型,将机械臂末端执行器运动轨迹转化为各关节的分运动,建立带电作业机器人正、逆运动学,并通过MATLAB软件进行了验证仿真,为后续带电作业机器人的三维建模及利用虚拟现实技术进行的智能控制系统的设计和实现提供了理论基础。然后针对智能控制系统虚拟现实交互应用到的设备定位测量算法和碰撞检测算法进行了简要分析。其中设备定位测量算法用于实现虚拟互动场景中设备模型与实际设备的位置和尺度的同步,碰撞检测算法用于在虚拟场景中运动碰撞的提前检测。最后主要阐述了基于虚拟现实的带电作业机器人智能控制系统的设计思想与软件实现,并分别从智能控制系统所用到的四款软件、硬件结构设计、各功能模块设计和智能控制系统实现四个方面作了详细分析。
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