恭喜北京航空航天大學杭州創新研究院鄭浩獲國家專利權
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龍圖騰網恭喜北京航空航天大學杭州創新研究院申請的專利用于風電運維的機械臂末端執行器及定位避障作業方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN119458387B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-05-02發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202510065358.0,技術領域涉及:B25J9/16;該發明授權用于風電運維的機械臂末端執行器及定位避障作業方法是由鄭浩;密尚華;范國良;趙玉亮;宋馬軍;李中一設計研發完成,并于2025-01-16向國家知識產權局提交的專利申請。
本用于風電運維的機械臂末端執行器及定位避障作業方法在說明書摘要公布了:本發明公開了一種用于風電運維的機械臂末端執行器及定位避障作業方法,融合作業環境空間感知數據,依托所設計的帶電作業機械手臂末端執行器運動功能結構和定位避障作業流程,完成搭接引流線帶電作業點的操作位避障安全抵達、絕緣保護殼套卡安裝與避障安全退出全流程,有助于擴展現有機器人應用場景的作業功能覆蓋范圍。
本發明授權用于風電運維的機械臂末端執行器及定位避障作業方法在權利要求書中公布了:1.一種用于風電運維的機械臂末端執行器的定位避障作業方法,其特征在于:機械臂末端執行器包括:連接模塊(1),用于與帶電作業機器人機械臂對接,用于傳遞機械臂末端的動力;傳動模塊(3),與連接模塊(1)聯動,用于接收動力并輸出;夾持模塊(4),與傳動模塊(3)聯動,用于接收傳動模塊(3)傳動過來的動力,以產生夾持或是放開的動作;平衡模塊(2),用于提供傳動模塊(3)、夾持模塊(4)和連接模塊(1)的安裝空間,并提供給夾持模塊(4)配重,用于調節整體結構重心并均衡負載;其中,外部上位機預先基于MDH參數法對裝有連接模塊(1)、傳動模塊(3)、平衡模塊(2)和夾持模塊(4)的機械臂進行運動學建模分析,構建對應連桿坐標系間的齊次變換矩陣、各連桿間的位姿方程,之后根據位姿方程控制連接模塊(1)、傳動模塊(3)、平衡模塊(2)和夾持模塊(4)動作執行作業;所述連接模塊(1)包括對接單元(11)和傳動單元(12),所述對接單元(11)與機械臂末端對接,所述傳動單元(12)將動力接收并傳動出去,所述平衡模塊(2)包括緊固單元(22)和配重單元(21),所述緊固單元(22)呈一個安裝柱結構,對接單元(11)設置在安裝柱結構的底部,傳動單元(12)穿設在安裝柱的內部,所述傳動模塊(3)包括從動單元(31)、同步單元(32)、導軸單元(33)和滑塊單元(34),安裝柱的上端固定有安裝板,所述從動單元(31)安裝在安裝板上,并與傳動單元(12)傳動,所述導軸單元(33)固定安裝在安裝板上,所述滑塊單元(34)可滑移的安裝在導軸單元(33)上,所述同步單元(32)安裝在安裝板上,并與從動單元(31)同步傳動,所述滑塊單元(34)與同步單元(32)之間通過絲桿傳動,所述夾持模塊(4)包括連動單元(41)和夾爪單元(42),所述連動單元(41)安裝在滑塊單元(34)上,所述夾爪單元(42)安裝在連動單元(41)上,隨著連動單元(41)的活動而動作;通過位姿方程控制連接模塊(1)、傳動模塊(3)、平衡模塊(2)和夾持模塊(4)動作執行作業的具體方式包括如下步驟:步驟一,裝有6自由度作業機械臂及末端執行器的作業機器人到達作業位置;步驟二,預先基于MDH參數法對裝有末端執行器的機械臂進行運動學建模分析,構建對應連桿坐標系間的齊次變換矩陣、各連桿間的位姿方程;步驟三,根據作業環境空間感知數據,在作業空間要素位置感知建模的基礎上,獲得機器人末端執行器初始位置數據、作業目標位置數據、障礙物位置空間數據,建模機械臂的三維運動作業約束空間C,確定可達空間域Cfre和障礙空間域集Cobs,C={Cfre,Cobs},確定機械臂末端執行器的初始運動點pini和最終操作點pope;步驟四,進行基于混成均衡搜索機制的定位避障運動尋優計算,之后根據計算方案運動至作業點,驅動末端執行器執行作業,末端執行器執行作業的方式如下:首先夾持模塊(4)中的夾爪單元(42)抓持待安裝絕緣保護殼,與連接模塊(1)中對接單元(11)相連接的帶電作業機器人機械臂驅動電機反轉,則驅動傳動單元(12),經過從動單元(31)、同步單元(32),進而驅動滑塊單元(34)沿著導軸向下運動,帶動夾爪單元(42)閉合,進而將要安裝的絕緣保護殼扣緊,電機正轉,則驅動驅動滑塊單元(34)沿著導軸向上運動,夾爪單元(42)與保護殼脫離;完成作業操作,依據計算方案的逆向路徑,機械臂及末端執行器退出,回歸初始位置;所述步驟四中進行基于混成均衡搜索機制的定位避障運動尋優計算的具體步驟如下:步驟四一,進行初始化設置;步驟四二,然后進行外循環迭代判定,根據外循環迭代的判定結果,若是則執行內循環遍歷計算、操作跳轉及均衡混成機制下的相應偏局域或偏全局搜索器動態更新,否則停止迭代搜索并輸出當前最優計算方案;步驟四三,每次執行完均衡混成機制下的相應偏局域或偏全局搜索器動態更新后,返回繼續進行外循環迭代判定;所述步驟四一中初始化設置的具體方式為:以均勻概率分布在空間Cfre內抽樣選取k個點,再加上初始運動點pini和最終操作點pope,形成初始點集P{p1,0,…,pk+2,0};設定k+2個初始動態局域搜索器,形成有效動態局域搜索器集合LS{Ls1,…,Lsk+2},以pi,0作為動態局域搜索器Lsi的搜索初始點,同時以pi,0作為動態局域搜索器Lsi的搜索結果節點樹di的根節點,創建節點樹集合D={d1,…,dk+2};設定所有動態局域搜索器Lsi的被抽選概率值Plsi,o和當前檢索次數n,初始化所有Plsi,o均為1,初始化n為0;根據需求合理初始化概率閾值co1、范圍閾值co2、最小搜索次數閾值co3;所述步驟四二中外循環迭代判定的具體內容為:判斷是否滿足n小于最小搜索次數閾值co3或者節點樹集合D中不存在同時包含初始運動點pini和最終操作點pope的節點樹;所述步驟四二中執行內循環遍歷計算、操作跳轉的具體方式為:循環遍歷當前所有有效動態局域搜索器,對于每個動態局域搜索器Lsi,計算更新其當前被抽選概率Plsi,t等于gb+1*1-gm-b;其中,g等于歷史抽樣點屬于Cfre的次數b除以總的歷史抽樣次數m;判斷Plsi,t與判定閾值co1是否滿足Plsi,t≤co1;遍歷結束后,判斷是否存在被抽選概率滿足Plsi,t≤co1的動態局域搜索器的數量大于等于1,是則進行均衡混成機制下的偏局域搜索器動態更新,否則進行均衡混成機制下的偏全局搜索器動態更新,每次執行偏局域或偏全局搜索器動態更新操作后均更新當前檢索次數n=n+1。
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