[发明专利]配电线路带电作业机器人作业末端的磁场定位及路径规划方法

权利要求书

1.配电线路带电作业机器人作业末端的磁场定位方法，其特征是，包括以下过程：

S1，以待作业线路为参照物，获取待作业线路周围作业末端的磁感应强度；

S2，根据作业末端的磁感应强度，计算作业末端与待作业线路之间的距离；

S3，根据作业末端与待作业线路之间的距离，识别作业末端的空间姿态；

将待作业线路的物理模型抽象为无限长圆柱导体；

以待作业线路的圆柱体模型中心点O'为原点，z'轴方向指向待作业线路中电流方向，y'轴方向指向天空，依据右手定则建立的三维笛卡尔坐标系O'-x'y'z'；

将作业末端抽象为一个立方体，作业末端的立方体模型上四个侧面中心点处作为各预设点；

S3中，识别作业末端的空间姿态过程为：

以作业末端立方体模型中心点O为原点，定义三个旋转轴：x轴通过立方体前表面的中心点c3指向待作业线路，y轴通过立方体前表面的中心点c2，与待作业线路中的电流方向同向，z轴方向通过立方体上表面中心点c5指向天空；

1)如果作业末端出现绕z轴的旋转角度θ_z，则具体计算方法如下：

根据计算得出的预设点c1和c2与待作业线路之间的距离d_c1和d_c2，以及作业末端立方体模型的长l，则以z轴为旋转轴的旋转角度θ_z可以根据以下公式计算得出：

2)如果作业末端出现绕y轴的旋转角度θ_y，则具体计算方法如下：

根据计算得出的预设点c3和c4与待作业线路之间的距离d_c3和d_c4，以及作业末端立方体模型的宽w，根据余弦定理，可求出作业末端的中心点O到待作业线路的中心点O’的距离l_oo’：

再次利用余弦定理，则旋转角度θ_y可以根据以下公式计算得出：

3)如果作业末端出现绕x轴的旋转角度θ_x，则具体计算方法如下：

根据计算得出的预设点c2和c3与待作业线路之间的距离d_c2和d_c3；作业末端的中心点O到待作业线路的中心点O’的距离l_oo’＝d_c3+w/2；c2到平面x’o’z’的距离h_c2可由以下公式求出：

则以x轴为旋转轴的旋转角度θ_x可以根据以下公式计算得出：

2.根据权利要求1所述的配电线路带电作业机器人作业末端的磁场定位方法，其特征是，S2中，计算作业末端与待作业线路之间的距离的过程为：

计算待作业线路周围的磁场空间分布，获取磁感应强度到空间位置坐标的映射关系；

根据作业末端上各预设点的磁感应强度，以及磁感应强度到空间位置坐标的映射关系，获得作业末端上各预设点的空间位置坐标；

根据作业末端上各预设点的空间位置坐标，计算作业末端上各预设点与待作业线路之间的距离。

3.根据权利要求2所述的配电线路带电作业机器人作业末端的磁场定位方法，其特征是，计算待作业线路周围的磁场空间分布包括：

根据安培环路定理，推导出待作业线路周围空间中任意一点P的磁感应强度为：

其中B为P点的磁感应强度，μ₀为真空磁导率，其值为4π×10^-7T·m/A，I为待作业线路上的电流，r为P点到待作业线路的距离，e_r是从带作业线路指向P点的单位矢量，e_x’、e_y’分别是x’和y’轴的单位矢量，B_x'和B_y'分别为B的x'方向和y'方向分量；

根据以上公式分别求出在三相电流I_A、I_B、I_C单独作用下，P点的磁感应强度，再根据矢量叠加原理得到三相电流共同作用下，P点的磁感应强度。

4.配电线路带电作业机器人作业末端的路径规划方法，其特征是，包括以下过程：

采用权利要求1-3任一项所述磁场定位方法进行作业末端的磁场定位，获取作业末端的空间姿态；

根据作业末端的空间姿态，计算将作业末端调整至所需姿态的旋转角度；

计算作业末端的磁场梯度，按照磁场梯度方向规划作业末端到待作业线路的路径。