[发明专利]一种基于虚拟现实带电作业机械臂防碰撞保护方法

说明书

技术领域

本发明属于电力技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实带电作业机械臂防碰撞保护方法。

背景技术

采用机器人自主完成带电作业，不仅可以将工作人员从危险的、繁重的、精神紧张的工作中解放出来，有效避免带电作业时人员伤亡事故的发生，使带电作业更加安全，提高作业效率；同时还可以提高电网的运行质量，进一步减少供电系统的人员投入，降低人员成本，具有巨大的经济效益和社会效益。

带电作业时采用多机械臂共同完成带电作业，如果没有系统、安全、可靠的防碰撞方法，那么多机械臂必然无法协调完成带电作业，甚至引发安全事故，给机器人和操作人员带来危害。

发明内容

本发明提出一种基于虚拟现实带电作业机械臂防碰撞保护方法，能够使得机器人在带电作业时，多机械臂之间协调工作，互相配合、互不干扰，有序高效安全地完成带电作业。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于虚拟现实带电作业机械臂防碰撞保护方法，根据真实作业场景建立虚拟作业场景，虚拟场景中机械臂模型的尺寸略大于机械臂实际尺寸，在虚拟场景中进行虚拟碰撞检测，以判断机械臂是否会发生碰撞；所述虚拟碰撞检测采用基于包围盒的虚拟碰撞检测方法，具体为：

步骤1，预处理阶段，对参与碰撞检测的机械臂模型进行特征采样，将构成机械臂模型的基本集合元素的包围盒的中心点作为特征采样点，根据两个待检测包围盒的特征对建立二维离散搜索空间；

步骤2，碰撞检测阶段，包括以下步骤：

步骤2-1，采用粒子群算法进行搜索，得到距离小于一定碰撞检测阈值的特征对；

步骤2-2，判断以上距离小于一定碰撞检测阈值的特征对所对应的包围盒是否相交，若包围盒不相交，则进入步骤2-4；若包围盒相交，则继续步骤2-3；

步骤2-3，判断机械臂的基本几何元素是否相交，若基本几何元素不相交，进入步骤2-4；若基本几何元素相交，则做出碰撞响应。

进一步，步骤2-1具体为：

步骤2-1-1，将两个机械臂基本几何元素的包围盒特征作为粒子，初始化粒子群，包括群体规模、每个粒子的位置和速度；

步骤2-1-2，计算每个粒子的适应度值；

步骤2-1-3，对每个粒子，比较其适应度值和个体极值p_best，如果适应度值小于粒子当前的个体极值p_best，则更新个体极值p_best；否则不更新；

步骤2-1-4，对每个粒子，比较其适应度值和全局极值g_best，如果适应度值小于粒子当前的全局极值g_best则更新全局极值g_best；否则不更新；

步骤2-1-5，根据以下公式更新粒子的速度和位置；

其中，k为迭代代次数；c₁,c₂为学习因子；r₁,r₂为均匀分布在[0,1]之间的两个随机数；ω为惯性权重；为粒子i的当前位置；V_i^k+1为粒子i的当前飞行速度；P_i是粒子i经历的最优位置，称为个体最优位置；P_g是到目前时间段为止，群体中所有粒子经历的最优位置，称为全局最优位置；

步骤2-1-6，判断是否满足粒子群算法结束条件，若满足，输出距离小于一定碰撞检测阈值的特征对，若不满足，则返回步骤2-1-2。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明针对自主带电作业机器人，采用基于虚拟碰撞检测的防碰撞保护方法和基于深度传感器的防碰撞保护方法，多种方法结合，更好地监控机械臂安全、协调地完成带电作业；

(2)将粒子群算法应用到带电作业的虚拟碰撞检测中，可以实时地检测到发生干涉的元素，从而及时避免碰撞事故；

(3)虚拟场景中所建立的机械臂模型外围尺寸比实际机械臂大一些，首先在虚拟场景中检测到碰撞，然后及时对碰撞做出响应，避免真实场景中的机械臂发生碰撞。

(4)带电作业机器人作业时分为人工遥操作方式和机器人自主方式，当机器人自主作业时，采用本发明的机械臂防碰撞保护方法；当人工遥操作时，一方面操作者通过监控画面实时观测机械臂状态，另一方面，如果计算机检测到机械臂即将发生碰撞，立即干预人工操作，停止机械臂的一切动作。

附图说明