CN107378955A - 一种基于多传感器信息融合的配网检修机器人操作臂自主作业方法 - Google Patents

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张冠一
杨堂华
杨玉兵
金鸣
于虹
唐立军
赵海龙
马春彦
明庆云
刘珊
孟见岗
甘秋华
贺飞
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Abstract

一种基于多传感器信息融合的配网检修机器人操作臂自主作业方法，包括：(1)配网检修机器人配备三自由度机械臂，(2)融合传感器信息，(3)采集机器人操作臂的定位信息；(4)探测障碍物以及和三相线的距离；(5)多传感器信息融合，进行学习样本的采集，6)采用BP神经网络算法，得到其误差小于某一个可以接收的值，将这一训练好的网络移植到ARM处理器中，进行实际的工作。本发明的有益效果是：采用BP神经网络算法进行多传感器信息融合，研究操作臂自主作业方法，实现配网检修机器人操作臂的准确定位和规范操作，突破验电、装设接地线等配网作业机器人智能化关键技术研究，提高配网检修作业中验电和装设接地线的工作效率，降低劳动强度。

Description

一种基于多传感器信息融合的配网检修机器人操作臂自主作 业方法
技术领域
本发明属于配网检修技术领域，涉及一种基于多传感器信息融合的配网检修机器人操作臂自主作业方法。
本发明针对验电、装设接地线等配网作业开展智能化关键技术研究，重点突破多传感器信息融合的操作臂自主作业方法，预期提高配网检修作业中验电和装设接地线的工作效率，降低劳动强度，为实现验电及装设接地线的智能化作业奠定基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多传感器信息融合的配网检修机器人操作臂自主作业方法，解决了现有技术中存在的配网检修机器人操作臂准确定位及控制的问题。本发明步骤包括：
(1)配网检修机器人配备三自由度机械臂，由两部分组成：三自由度定位平台和末端工具接口。其中，三自由度定位平台实现机器人末端的定位，末端工具接口则实现对配网作业工具的更换、连接和操作；
(2)融合传感器信息，研究操作臂验电及架设接地线自主作业方法；
(3)操作臂的内臂安装关节位移、速度、加速度、力矩传感器和温度传感器，用于采集机器人操作臂的定位信息；
(4)操作臂的外臂安装超声波传感器、转角传感器和CCD传感器，用于探测障碍物以及和三相线的距离；
(5)多传感器信息融合，在机器人未上杆塔之前通过实验标定的方法，进行学习样本的采集，作为参考；
(6)在机器人爬上杆塔之后，需要在人工参与测量的情况下进行学习样本的采集，而后，采用BP神经网络算法，对这些通过标定实验得到的数据进行学习，直到训练得到的网络其误差小于某一个可以接收的值，然后将这一训练好的网络移植到ARM处理器中，进行实际的工作；
本发明所述的一种基于多传感器信息融合的配网检修机器人操作臂自主作业方法，其多传感器为：
关节位移传感器：安装在机器人的关节上及末端夹持器上，用于感知关节的位移；
关节速度传感器：安装在机器人的关节上及末端夹持器上，用于感知关节的速度；
关节加速度传感器：安装在机器人的关节上及末端夹持器上，用于感知关节的加速度；
关节力矩传感器：安装在机器人的关节上及末端夹持器上，用于感知关节的力矩；
温度传感器：安装在定位平台上，关节位移、速度、加速度、力矩传感器输电电压随温度变化而变化，通过安装温度传感器校正偏差，提高传感器输出精度；
超声波传感器：安装在机械臂外臂上，用于探测障碍物以及距离三相线的距离；
转角传感器：安装在机械臂关节输出端，用于确定机械臂转角及位置；
CCD传感器：安装在末端工具杆件上，用于探测三相线的位置。
由实际任务可知，需要用到多传感器融合提高定位及操作精度的地方有：
(1)机械臂感知自己的位置与障碍物之间的距离时，需要超声波传感器之间进行信息融合。
(2)进行验电作业时，操作臂感知自身与三相电线之间的位置，需要超声波传感器，关节位移、速度、加速度传感器，温度传感器进行信息融合。
(3)操作臂夹持验电器碰触三相电线时，需要关节力矩传感器、CCD传感器、关节位移传感器信息融合。
(4)操作臂夹持绝缘杆挂接鸭舌嘴的过程，需要关节力矩、位移传感器，CCD传感器信息融合。
以上这些过程允许的误差小，以及要求有一定的自主性，采用BP神经网络算法进行多传感器信息融合。
本发明的有益效果是
本发明的方法与现有方法相比所具有的优点及积极效果表现在：采用BP神经网络算法进行多传感器信息融合，研究操作臂自主作业方法，实现配网检修机器人操作臂的准确定位和规范操作，突破验电、装设接地线等配网作业机器人智能化关键技术研究，提高配网检修作业中验电和装设接地线的工作效率，降低劳动强度。
附图说明
图1为本发明机器人机构示意图；
图2为多传感器信息融合示意图。
具体实施方式
见图1，一种基于多传感器信息融合的配网检修机器人操作臂自主作业方法，本发明解决了现有技术中存在的配网检修机器人操作臂准确定位及控制的问题。包括：
(1)配网检修机器人配备三自由度机械臂1，由两部分组成：三自由度定位平台和末端工具接口3。其中，三自由度定位平台实现机器人末端的定位，末端工具接口3则实现对配网作业工具的更换、连接和操作；
(2)融合传感器信息，研究操作臂验电及架设接地线自主作业方法；
(3)操作臂的内臂安装关节位移、速度、加速度、力矩传感器和温度传感器，用于采集机器人操作臂的定位信息；
(4)操作臂的外臂安装超声波传感器、转角传感器和CCD传感器，用于探测障碍物以及和三相线的距离；
(5)多传感器信息融合，在机器人未上杆塔之前通过实验标定的方法，进行学习样本的采集，作为参考；
(6)在机器人爬上杆塔之后，需要在人工参与测量的情况下进行学习样本的采集，而后，采用BP神经网络算法，对这些通过标定实验得到的数据进行学习，直到训练得到的网络其误差小于某一个可以接收的值，然后将这一训练好的网络移植到ARM处理器中，进行实际的工作；
本发明所述的一种基于多传感器信息融合的配网检修机器人操作臂自主作业方法，其多传感器为：
关节位移传感器：安装在机器人的关节上及末端夹持器2上，用于感知关节的位移；
关节速度传感器：安装在机器人的关节上及末端夹持器2上，用于感知关节的速度；
关节加速度传感器：安装在机器人的关节上及末端夹持器2上，用于感知关节的加速度；
关节力矩传感器：安装在机器人的关节上及末端夹持器2上，用于感知关节的力矩；
温度传感器：安装在定位平台上，关节位移、速度、加速度、力矩传感器输电电压随温度变化而变化，通过安装温度传感器校正偏差，提高传感器输出精度；
超声波传感器：安装在机械臂外臂上，用于探测障碍物以及距离三相线的距离；
转角传感器：安装在机械臂关节输出端，用于确定机械臂转角及位置；
CCD传感器：安装在末端工具杆件上，用于探测三相线的位置。
由实际任务可知，需要用到多传感器融合提高定位及操作精度的地方有：
(1)机械臂感知自己的位置与障碍物之间的距离时，需要超声波传感器之间进行信息融合。
(2)进行验电作业时，操作臂感知自身与三相电线之间的位置，需要超声波传感器，关节位移、速度、加速度传感器，温度传感器进行信息融合。
(3)操作臂夹持验电器碰触三相电线时，需要关节力矩传感器、CCD传感器、关节位移传感器信息融合。
(4)操作臂夹持绝缘杆挂接鸭舌嘴的过程，需要关节力矩、位移传感器，CCD传感器信息融合。
以上这些过程允许的误差小，以及要求有一定的自主性，采用BP神经网络算法进行多传感器信息融合。
如图1，机器人在电线杆上爬行，作业时两个末端夹持器2夹紧电线杆，三自由度机械臂1，主要由两部分组成：三自由度定位平台和末端工具接口3。其中三自由度定位平台实现机器人末端的定位，末端工具3接口则实现对配网作业工具的更换、连接和操作；
见图2，机器人验电和装设接地线作业过程允许的误差小，要求有一定的自主性，采用BP神经网络算法进行多传感器信息融合。在机器人未上杆塔之前通过实验标定的方法，进行学习样本的采集，作为参考。在机器人爬上杆塔之后，需要在人工参与测量的情况下进行学习样本的采集，而后，采用BP神经网络算法，对这些通过标定实验得到的数据进行学习，直到训练得到的网络其误差小于某一个可以接收的值，然后将这一训练好的网络移植到ARM处理器中，进行实际的工作。

Claims (2)

1.一种基于多传感器信息融合的配网检修机器人操作臂自主作业方法，其特征在于,包括：
(1)配网检修机器人配备三自由度机械臂，该三自由度机械臂由两部分组成：三自由度定位平台和末端工具接口；其中，三自由度定位平台实现机器人末端的定位，末端工具接口则实现对配网作业工具的更换、连接和操作；
(2)融合传感器信息，研究操作臂验电及架设接地线自主作业方法；
(3)操作臂的内臂安装关节位移、速度、加速度、力矩传感器和温度传感器，用于采集机器人操作臂的定位信息；
(4)操作臂的外臂安装超声波传感器、转角传感器和CCD传感器，用于探测障碍物以及和三相线的距离；
(5)多传感器信息融合，在机器人未上杆塔之前通过实验标定的方法，进行学习样本的采集，作为参考；
(6)在机器人爬上杆塔之后，通过在人工参与测量的情况下进行学习样本的采集，而后，采用BP神经网络算法，对这些通过标定实验得到的数据进行学习，直到训练得到的网络其误差小于某一个可以接收的值，然后将这一训练好的网络移植到ARM处理器中，进行实际的工作。
2.根据权利要求所述的一种基于多传感器信息融合的配网检修机器人操作臂自主作业方法，其特征在于,多传感器为：
关节位移传感器：安装在机器人的关节上及末端夹持器上，用于感知关节的位移；
关节速度传感器：安装在机器人的关节上及末端夹持器上，用于感知关节的速度；
关节加速度传感器：安装在机器人的关节上及末端夹持器上，用于感知关节的加速度；
关节力矩传感器：安装在机器人的关节上及末端夹持器上，用于感知关节的力矩；
温度传感器：安装在定位平台上，关节位移、速度、加速度、力矩传感器输电电压随温度变化而变化，通过安装温度传感器校正偏差，提高传感器输出精度；
超声波传感器：安装在机械臂外臂上，用于探测障碍物以及距离三相线的距离；
转角传感器：安装在机械臂关节输出端，用于确定机械臂转角及位置；
CCD传感器：安装在末端工具杆件上，用于探测三相线的位置。
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