【摘 要】
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随着机器人技术的快速发展,各种机器人在物流、汽车、航天等领域迎来广泛应用。国家电网在对高空作业高效、安全等方面提出了更高的要求,因此开始着手配电作业智能化发展及带电作业机器人及灵巧臂替代人工作业研究,以此提高工作效率,保障人工安全。本文从地电位带电作业机器人的工作特性出发,设计了一种应用于地电位带电作业机器人灵巧臂,并为其设计一种新的重力平衡装置,降低大臂关节驱动力矩,来提高灵巧臂的负载能力;并运
【基金项目】
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安徽省属公办普通本科高校领军骨干人才项目(青年皖江学者); 安徽工程大学-鸠江区协同创新项目:基于5G云化的无人叉车及其作业调度系统研发与应用（项目编号:2021cyxta1）; 安徽省电力有限公司科技项目（项目编号:52120519002B）
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随着机器人技术的快速发展,各种机器人在物流、汽车、航天等领域迎来广泛应用。国家电网在对高空作业高效、安全等方面提出了更高的要求,因此开始着手配电作业智能化发展及带电作业机器人及灵巧臂替代人工作业研究,以此提高工作效率,保障人工安全。本文从地电位带电作业机器人的工作特性出发,设计了一种应用于地电位带电作业机器人灵巧臂,并为其设计一种新的重力平衡装置,降低大臂关节驱动力矩,来提高灵巧臂的负载能力;并运用了基于重力补偿的自适应PD控制来提高灵巧臂的控制性能,整体提高了机器人性能。本文的创新点和主要研究内容如下:（1）地电位带电作业机器人携带灵巧臂在进行高空作业时,针对市面上其他灵巧臂的负载较小的问题,因此设计一种具有重力平衡装置的6自由度灵巧臂,运用了基于重力平衡的方法,设计了一种弹簧-偏心轮重力平衡机构,经过Adams仿真分析发现灵巧臂提高35%负载能力。（2）为了便于研究地电位带电作业机器人灵巧臂的复杂几何形状及运动特性,所以提出基于D-H参数法建立灵巧臂的运动学的方法,解决灵巧臂的运动和使之运动而施加的力和力矩之间的关系问题,通过MATLAB进行计算得到灵巧臂连杆的位置、姿态、速度和加速度的结果,并由此确定机器人的工作空间。针对灵巧臂的线速度和角速度的表示方法问题,提出一个灵巧臂雅可比实矩阵,进一步分析灵巧臂的速度和力的关系,最终得到灵巧臂的雅可比矩阵的结果。（3）为了研究引起灵巧臂运动所需的力的问题,提出基于拉格朗日方法对地电位带电作业机器人灵巧臂进行动力学方程建模,得到灵巧臂拉格朗日函数;但是灵巧臂中包含重力平衡装置,提出基于重力平衡方法在拉格朗日动力学方程,完成灵巧臂动力学建模,得到整个灵巧臂机械系统的动能和势能的差值。利用ADAMS仿真分析灵巧臂各关节力矩,为重力平衡系统的设计优化提供可靠的参考数据。（4）在设计了地电位带电作业机器人灵巧臂后,根据高空作业任务要求,针对灵巧臂需要完成抓取线缆放入穿刺线夹的高空作业控制问题,本文提出了一种符合要求的基于重力补偿的灵巧臂自适应PD控制,通过对PD控制和自适应控制对比的方法,并且在simulink中分别搭建PD控制、自适应控制和带重力补偿的自适应PD控制系统,通过仿真分析发现结果显示基于重力补偿的灵巧臂自适应PD控制具有更高的准确性,其阶跃信号响应速度更快,结果说明其对灵巧臂的控制稳定更高、速度更快。
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