电力行业多场景空中作业智能飞行机器人的研发与应用
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完成单位:国网吉林省电力有限公司吉林供电公司、季华实验室
登记编号:CAPE-CXCG-2024-J-1-021
登记年份:2024
发布时间:2024-07-17
卢利中、丁 伟、刘 旭、杨 鹏、邓锦祥、王建山、石 峰、关潇卓、权利刚、王光璞
【研究背景】
现阶段输变电设备巡视、检测、维护等高空作业任务都由人工来完成,人工高空作业存在人身安全风险、工作效率低下、维护成本高昂和安全管理难度大等问题,电网急需安全可行的解决方案,机器人替代人工进行高空作业是未来发展的必然趋势。作业型飞行机器人是一种将旋翼飞行器和机械臂结合而成的具备主动接触作业能力的新型空中机器人。飞行机器人能够突破局限应对更多空中作业任务,例如物品抓取转移、电力线路检修、高空设备维护等,能有效代替输变电作业人员在高空或危险环境作业,有效保护作业人员生命安全。
【成果先进性】
国内首次研发了输变电多场景空中作业智能飞行机器人,具有良好的经济效益、社会效益和推广前景,研究成果达到了国内领先水平.授权发明专利14项、实用新型专利1项、发表论文16篇,其中EI检索10篇。
【创新性】
(1)基于逆运动学方法的多关节机械手运动控制方案,采取机械手运动轨迹位置和速度指令判别的力位混合控制方法,对多旋翼平台和机械手进行控制,实现输变电场景专用的多自由度轻质机械手的控制。
(2)计及双臂机械手作业对旋翼飞行器的重心影响,采取动态纠偏的飞行机器人目标感知与测距方法,实现输变电场景专用的作业型空中机器人机械手与飞行器的协同控制。
(3)采取体感相机与人体骨骼点感知相配合的机械手运动控制模式,开发了输变电场景专用的人机共融协同作业控制系统,实现了输变电复杂场景下作业人员与飞行机器人的实时交互控制。
【可推广性】
自2021年1月至今,研究成果在国网吉林省电力有限公司吉林供电公司成功应用,作为一种智能高效的集巡检和作业一体的空中作业飞行机器人,不仅适用于电力行业,在其他行业也同样适用,例如铁路、化工、冶炼等行业。
【经济社会效益】
作业型飞行机器人电力作业高效、快捷、不受地域影响等优点,在遇到电网紧急故障或冰冻、台风、泥石流、暴风雨等自然地质灾害时能够第一时间开展抢险救灾,提升我国电网运维消缺能力和作业效率,提升现代化大电网应急水平,维护社会和人民财产安全。
【推动行业进步】
国内首次研发输变电多场景空中作业智能飞行机器人,攻克了多自由度轻质双机械手臂运功控制、作业型飞行机器人感知与控制系统、人机共融协同作业控制核心关键技术,突破了作业型飞行机器人运动控制与感知的技术瓶颈,填补了作业型飞行机器人在输变电多场景应用的技术空白。