摘要：针对电力系统高压带电作业机械臂作业过程中的姿态监测问题,研制了一种高压带电作业机械臂姿态监测系统,并提出了基于四元数法的姿态监测算法。首先,由加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器和Zigbee无线通信单元组成的监测单元安装在机械臂各关节任意位置,并结合四元数算法,精确测量机械臂各关节的三维空间角度,同时,通过Zigbee无线通信单元,将各关节三维空间角度上传至监控终端;然后,监控终端通过简单的三角函数和迭加计算,即可快速得到机械臂各关节的实时位姿,并进行显示;最后,以美国Kraft公司生产的Grips机械臂为例,建立了基于四元数的机械臂运动学模型并进行了仿真实验,实验结果表明所提出的系统和方法测量精度可达0.05°,同时计算时间可缩短至1 ms。实验结果证明了所提出的系统及方法的有效性和高效性。

关键词：带电作业 姿态监测 加速度传感器 陀螺仪 地磁传感器 

单位：山东建筑大学信息与电气工程学院 济南250101 国网山东省电力公司电力科学研究院 济南250002