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带电作业机器人及其路径规划研究

带电作业机器人及其路径规划研究

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作者：陶志远上海交通大学

学位级别：硕士

带电检修是智能变电站运维中的重要环节,它能有效地降低变电站的运维成本。传统人工带电检修对操作人员技术要求高,劳动强度大,并有一定的危险性。机器人带电检修具有安全、高效,不会造成人员损伤的特点,是带电检修的发展趋势。随着我... 详细信息

带电检修是智能变电站运维中的重要环节,它能有效地降低变电站的运维成本。传统人工带电检修对操作人员技术要求高,劳动强度大,并有一定的危险性。机器人带电检修具有安全、高效,不会造成人员损伤的特点,是带电检修的发展趋势。随着我国综合国力的不断提升以及新一代智能变电站的建设,国内对于带电作业机器人的需求明显增加。本文针对110kv智能变电站隔离断路器带电检修任务设计了原型机,并就路径规划关键技术进行了深入研究,为相关带电作业特种机器人的研制提供了进一步的技术支撑。1)分析带电作业原理结合带电作业任务要求,选定等电位作为带电作业机器人的带电作业形式,设计适用于自动化作业的新型电力金具。对检修作业现场环境和带电作业的操作对象进行了分析,总结作业过程中的约束,提出110kV变电站带电作业机器人设计指标。在此基础上确定了机器人的系统结构方案。最后结合机器人系统结构方案和等电位作业形式制定了110kV变电站带电作业机器人的作业流程。2)分析110kV变电站带电作业机器人带电作业对电场分布的影响,结合长间隙极不均匀电场空气击穿过程,提出以软导线周围电场强度小于起晕电场强度为判据的机器人带电作业安全距离确定方法,利用该方法结合实验确定了110kV变电站带电作业机器人带电作业安全距离。3)对作业平台分别建立以粗精定位视觉结果为核心的坐标系转换链。完成由视觉定位结果到机械臂末端关节目标位姿的映射。针对机械臂建立运动学模型,分析机械臂末端位姿到关节构型的映射并作为路径规划的基础。结合上文带电作业安全距离,建立规划模型,从而求解在带电作业安全性约束下的作业空间,验证其满足作业任务需求。4)对带电作业路径规划展开研究。针对无路径约束下运动的特点,提出了基于目标构型优化和改进算法的路径规划算法;针对有路径约束下的运动过程,提出了利用自运动特性,基于梯度下降和贪婪算法思想的变步长迭代路径规划算法。最后,通过仿真验证过了上述算法的正确性。5)对110kV变电站带电作业机器人软件系统进行详细设计,并通过软件系统在模拟现场环境中进行了金具拆卸实验,验证了本文关节-手-眼映射关系和路径规划算法的正确性。

关键词：带电作业机器人带电作业安全距离路径规划自运动流形

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