[发明专利]一种基于虚拟现实技术的带电作业机器人机械臂协作力反馈主从控制方法及系统

说明书

本发明提出一种基于虚拟现实技术的带电作业机器人机械臂协作力反馈主从控制方法及系统。包括操作手、机械臂和工控机；主操作手力反馈控制时，工控机根据机械臂末端的受力数据，计算出主操作手各个关节的扭矩数据，通过主操作手的控制接口，控制主操作手各关节输出扭矩；所述械臂末端受力数据的标量为六自由度力/力矩数据，包括两部分：一部分来自于机械臂与环境接触时产生的受力数据，另一部分来自于机械臂之间相互碰撞而产生的受力数据；前述两部分受力数据均采用基于虚拟现实的技术获得。本发明可以精确、高效、安全地完成带电作业。

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技术的带电作业机器人机械臂协作力反馈主从控制方法及系统。

背景技术

随着带电作业机器人的逐渐发展，传统的人机共处绝缘仓式的操作已经不能满足带电作业环境下的控制性能与安全性需求。此前，作业人员可以通过主操作手远程遥控机器人的带电作业机器人，可保证作业人员与高压电场隔离；远程遥控操作时，操作人员根据作业场景监控系统监控作业过程，对机器臂与作业对象之间、机械臂之间、作业对象与作业环境之间的相对位置的判断更精确，且不会存在视觉死角，操作精度更高，可以防止碰撞发生，提高了作业安全性。但是，在使用前述带电作业机器人进行精确定位的带电操作时，例如拆接隔离刀闸、跌落式熔断器及避雷器两端导线等，主要通过观察作业环境图像(包括实时图像和3D建模图像)来判断机械臂是否操作到位，对于机械臂与操作对象之间以及机械臂与机械臂之间接触力度大小并无感知，难以判断操作精度是否符合操作要求。如果操作人员或者控制系统能够感知机械臂与操作对象之间以及机械臂与机械臂之间接触力度大小，则可以更加精准地判断各项操作是否精准到位，且可以防止机械臂之间相互碰撞。

由于力反馈主手能够同时实现多个自由度的位置控制与力反馈，把力反馈主手应用到带电作业机器人主从控制的需求非常强烈。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于虚拟现实技术的带电作业机器人机械臂协作力反馈主从控制方法及系统，可以精确、高效、安全地完成带电作业。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于虚拟现实技术的带电作业机器人机械臂协作力反馈主从控制方法，操作手、机械臂和工控机组成带电作业机器人力反馈主从控制系统；主操作手力反馈控制时，工控机根据机械臂末端的受力数据，计算出主操作手各个关节的扭矩数据，通过主操作手的控制接口，控制主操作手各关节输出扭矩；

所述械臂末端受力数据的标量为六自由度力/力矩数据，包括两部分：一部分来自于机械臂与环境接触时产生的受力数据，另一部分来自于机械臂之间相互碰撞而产生的受力数据；前述两部分受力数据均采用基于虚拟现实的技术获得，其中，获得机械臂之间相互碰撞而产生的受力数据的过程为：

步骤1，获取第二机械臂六个关节的角度数据，根据第二机械臂外型模型数据，生成第二机械臂的虚拟现实数据；

步骤2，运用第二机械臂的基坐标系到第一机械臂的基坐标系的转换矩阵，将第二机械臂的虚拟现实数据转换到第一机械臂的基坐标系中；

步骤3，运用八分法对第二机械臂的虚拟现实数据进行逐步划分，构建八叉树；

步骤4，获取第一机械臂末端位姿数据，以该末端位姿数据为球心，创建包围球，该包围球的半径为所需碰撞检测的距离；

步骤5，对步骤4的包围球与步骤3的八叉树进行碰撞检测，若没有发生碰撞，则机械臂之间的受力数据为零，若发生碰撞，则获得虚拟现实场景中发生碰撞的数据点，根据发生碰撞的数据点坐标与第一机械臂末端位姿数据，计算碰撞深度矢量，然后进入步骤6；

步骤6，采用弹簧模型计算第一机械臂末端受力数据，

F＝-kx

其中，k为弹簧系数，x为碰撞深度矢量，F为受力数据，F为六维矢量，其标量为六自由度力/力矩数据；