一种输电线路螺栓紧固机器人的控制方法及控制器与流程

技术特征：

1.一种输电线路螺栓紧固机器人的控制方法，其特征在于，包括：

S1：计算机器人机械臂末端的螺栓紧固套筒的倾角和螺栓的倾角；

S2：判断所述套筒和所述螺栓的倾角是否相同，若相同，则控制所述机械臂对准螺栓，若不相同，则返回所述步骤S1进行所述螺栓紧固套筒和所述螺栓的倾角的再次计算；

S3：控制所述机械臂对准螺栓后，通过力矩传感器计算所述螺栓的扭矩随时间变化的斜率，并通过力传感器测量所述螺栓内螺纹副的系统刚度；

S4：通过所述扭矩随时间变化的斜率和所述系统刚度，确定控制扭矩，控制所述机械臂紧固螺栓。

2.根据权利要求1所述的输电线路螺栓紧固机器人的控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

建立加速度计和陀螺仪的姿态角度测量系统，计算所述螺栓紧固套筒的倾角，同时通过对所述螺栓的轨迹进行预测，计算所述螺栓的倾角。

3.根据权利要求2所述的输电线路螺栓紧固机器人的控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

建立加速度的模型为：α_Acc＝α_extra-g+b_a+n_a，其中α_extra,g,b_a,n_a分别代表外部重力加速度，重力加速度，加速度计的偏差和噪声和陀螺仪的姿态角度测量系统为：ω_gyro＝ω+b_g+n_g，其中b_g和n_g分别代表陀螺仪的偏差和噪声，通过卡尔曼滤波器测量得到机器人倾角的最优估计，根据相应的机械机构转换，得到所述螺栓紧固套筒的倾角；

同时通过已知的螺栓历史位置数据，使用最小二乘法拟合出螺栓的轨迹，进行预测螺栓的位置，根据所述螺栓的轨迹和预测位置，分解出所述螺栓预测位置的倾角。

4.根据权利要求3所述的输电线路螺栓紧固机器人的控制方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

通过所述扭矩随时间变化的斜率和所述系统刚度，确定扭矩系数和预紧力，根据所述扭矩系数和预紧力，确定控制扭矩，控制所述机械臂紧固螺栓。

5.根据权利要求4所述的输电线路螺栓紧固机器人的控制方法，其特征在于，通过所述扭矩随时间变化的斜率和所述系统刚度，确定扭矩系数和预紧力，根据所述扭矩系数和预紧力，确定控制扭矩，控制所述机械臂紧固螺栓具体包括：

获得预紧力-扭矩计算公式为T＝T₁+T₂＝KdF，其中T为拧紧力矩，T₁为螺纹副的螺纹阻力矩，T₂为头部支承面的摩擦力矩，预紧力为F，被连接件受的预紧力为:

$F=\frac{C_{s}P\mathrm{\θ}}{2\mathrm{\π}}$

其中C_s是螺纹副及被连接间的系统总刚度，P为螺纹螺距；

预定K_t＝dT/dt，得到

$K_t=\frac{kdP\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}{C}_s$

和扭矩与预紧力的关系式为：

通过所述扭矩随时间变化的斜率K_t和C_s，确定扭矩系数，C_s＝F/δ，δ是螺栓内部形变量，确定预紧力对应的控制扭矩，控制所述机械臂紧固螺栓。

6.一种输电线路螺栓紧固机器人的控制器，其特征在于，包括：

第一计算单元，用于计算机器人机械臂末端的螺栓紧固套筒的倾角和螺栓的倾角；

判断单元，用于判断所述套筒和所述螺栓的倾角是否相同，若相同，则控制所述机械臂对准螺栓，若不相同，则继续通过所述第一计算单元计算机器人机械臂末端的螺栓紧固套筒的倾角和螺栓的倾角；

第二计算单元，用于控制所述机械臂对准螺栓后，通过力矩传感器计算所述螺栓的扭矩随时间变化的斜率，并通过力传感器测量所述螺栓内螺纹副的系统刚度；

确定单元，用于通过所述扭矩随时间变化的斜率和所述系统刚度，确定控制扭矩，控制所述机械臂紧固螺栓。

7.根据权利要求6所述的输电线路螺栓紧固机器人的控制器，其特征在于，所述第一计算单元具体包括：

建模子单元，用于建立加速度计和陀螺仪的姿态角度测量系统；

第一计算子单元，用于通过所述加速度计和陀螺仪的姿态角度测量系统，计算所述螺栓紧固套筒的倾角；

第二计算子单元，用于通过对所述螺栓的轨迹进行预测，计算所述螺栓的倾角。

8.根据权利要求7所述的输电线路螺栓紧固机器人的控制器，其特征在于，

所述建模子单元，具体用于建立加速度的模型为：α_Acc＝α_extra-g+b_a+n_a，其中α_extra,g,b_a,n_a分别代表外部重力加速度，重力加速度，加速度计的偏差和噪声和陀螺仪的姿态角度测量系统为：ω_gyro＝ω+b_g+n_g，其中b_g和n_g分别代表陀螺仪的偏差和噪声；

所述第一计算子单元，具体用于通过所述加速度计和陀螺仪的姿态角度测量系统，通过卡尔曼滤波器测量得到机器人倾角的最优估计，根据相应的机械机构转换，得到所述螺栓紧固套筒的倾角；

所述第二计算子单元，具体用于同时通过已知的螺栓历史位置数据，使用最小二乘法拟合出螺栓的轨迹，进行预测螺栓的位置，根据所述螺栓的轨迹和预测位置，分解出所述螺栓预测位置的倾角。

9.根据权利要求8所述的输电线路螺栓紧固机器人的控制器，其特征在于，所述确定单元具体包括：

第一确定子单元，用于通过所述扭矩随时间变化的斜率和所述系统刚度，确定扭矩系数和预紧力；

第二确定子单元，用于根据所述扭矩系数和预紧力，确定控制扭矩，控制所述机械臂紧固螺栓。

10.根据权利要求9所述的输电线路螺栓紧固机器人的控制器，其特征在于，

所述第一确定单元，具体用于获得预紧力-扭矩计算公式为T＝T₁+T₂＝KdF，其中T为拧紧力矩，T₁为螺纹副的螺纹阻力矩，T₂为头部支承面的摩擦力矩，预紧力为F，被连接件受的预紧力为:

$F=\frac{C_{s}P\mathrm{\θ}}{2\mathrm{\π}}$

其中C_s是螺纹副及被连接间的系统总刚度，P为螺纹螺距；

预定K_t＝dT/dt，得到

$K_t=\frac{kdP\mathrm{\ω}}{2\mathrm{\π}}{C}_s$

和扭矩与预紧力的关系式为：

通过所述扭矩随时间变化的斜率K_t和C_s，确定扭矩系数，根据C_s＝F/δ，δ是螺栓内部形变量，确定预紧力。