关键词:
输电线路
机器人
间隔棒安装
模型预测控制
目标检测
深度相机
间隙识别
摘要:
为解决输电线路人工安装间隔棒作业危险性高和劳动强度大的问题,设计了一种间隔棒安装机器人。针对传统电力机器人依赖摄像头观察和上位机手动调整的低效率和精准度较差的问题,提出了一种基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的运动控制方法,在预测模型中加入积分项以减小系统的稳态误差,并且采用了D‒H法对机械臂进行连杆坐标建模,使用拉格朗日法对其建立动力学模型。此外,采用YOLOv7目标检测算法并结合深度相机,对机器人进行定位。针对间隔棒安装至输电导线过程中存在间隙过大或者对准率不高的问题,提出了一种基于DeepLabV3+轻量级间隔棒安装机器人间隙识别算法,以确保安装的可靠性。仿真及试验对比分析表明,采用MPC方法的系统控制收敛时间为18 s左右,控制器的超调量约为0.05,系统的上升时间为12 s,与传统的PID控制或模糊PID控制相比,其具有更好的稳定性和鲁棒性。在模拟220 kV输电线路间隔棒安装试验中,利用所提定位方法得出的坐标与实际值偏差量小于1 cm,符合机器人作业要求,验证了所提的机器人作业控制方法的可行性。