全液压自主移动机械臂的动作方法技术

本发明专利技术公开了一种全液压自主移动机械臂的动作方法，属于机械臂技术领域。全液压自主移动机械臂包括全方位移动平台，全方位移动平台上设置有双机械臂、动力系统、视觉系统、以及感知与控制系统，其中：全方位移动平台上设置有回转腰身装置，双机械臂通过回转腰身装置设置在全方位移动平台上，双机械臂为具有多自由度的仿人双臂结构；动力系统采用发动机‑液压驱动模式；视觉系统包括导航相机、大视场伺服相机和手眼相机；感知与控制系统包括关节力传感器、关节位置传感器和六维力传感器，本发明专利技术能够满足大质量工件大范围移动作业的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械臂
，特别是指一种全液压自主移动机械臂的动作方法。
技术介绍
过去30年，我国制造业在低成本劳动力优势下获得了快速发展和长足进步，成为了世界制造大国。但是，进入21世纪第二个10年以来，劳动力成本急剧上升，以80后、90后为主的劳动力人口对从事单调重复、工作环境差的产业工作的兴趣明显下降，制造业以机器人替代人工的诉求不断得到激发。移动机械臂具有巨大的市场潜力，以轮胎制造业为例，我国轮胎产量约占全世界的50％，但硫化生产工艺中胎坯的运输、入库储存和成品轮胎在输送线上的拣选等工作还需要人工完成，胎坯到硫化机上的柔性安装也大量依靠人工，不仅劳动强度大，而且车间内硫化污染严重，对工人的职业健康造成了很大危害，致使轮胎企业大量出现用工荒，企业对移动机械臂的需求量在3000台左右，市场容量在50亿元左右；机械加工(锻件的夹持锻打，焊件的夹持焊接，大质量零部件的装配、拣选、运输等)、大型危险品及弹药作业、工程与市政施工等行业企业对液压驱动移动机械臂也有大量需求，市场总容量在200亿元以上。液压驱动的大负载自主移动机械臂结合了移动机器人平台和机械臂的特点，同时具有自主移动和操作功能，使机械臂拥有了高度的运动冗余性和更大的工作空间，能在更短的时间内以更优的位姿完成更大范围内的任务，可以移动作业的形式广泛用于工件的装配、拣选、搬运，锻压件的锻打夹持和搬运，焊接件的夹持焊接，实现生产过程的自动化、高效化，代替人工完成环境恶劣、劳动强度大的工作，为工人职业健康水平的显著改善提供有力保障。因此，针对较大型工件的装配、锻压件的锻打夹持和搬运、焊接件的夹持焊接，有必要研制一种能够满足该需求的全液压自主移动机械臂的动作方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种能够满足大质量工件大范围移动作业需求的全液压自主移动机械臂的动作方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：一种全液压自主移动机械臂，包括全方位移动平台，所述全方位移动平台上设置有双机械臂、动力系统、视觉系统、以及感知与控制系统，其中：所述全方位移动平台上设置有回转腰身装置，所述双机械臂通过所述回转腰身装置设置在所述全方位移动平台上，所述双机械臂为具有多自由度的仿人双臂结构；所述动力系统采用发动机-液压驱动模式；所述视觉系统包括导航相机、大视场伺服相机和手眼相机；所述感知与控制系统包括关节力传感器、关节位置传感器和六维力传感器，所述关节力传感器和关节位置传感器设置在所述双机械臂的各关节处，所述六维力传感器设置在所述双机械臂的每条机械臂的末端。进一步的，所述双机械臂的每条机械臂具有6个旋转关节，各旋转关节均由摆动油缸或液压马达驱动，所述回转腰身装置由液压马达驱动；所有液压马达均采用电液伺服阀控制。进一步的，所述导航相机为2台彩色单目导航相机，分别设置在所述全方位移动平台的前后两端，所述大视场伺服相机设置在所述回转腰身装置的上方，所述手眼相机为2台彩色立体手眼相机，分别设置在所述双机械臂的每条机械臂的末端。进一步的，所述动力系统采用以燃气为能源的机载发动机提供动力，所述全方位移动平台采用悬挂-驱动内置的液压主动轮，所述全方位移动平台的四周安装有用于探测障碍物的超声波传感器和广角相机。进一步的，所述感知与控制系统还包括用于探测所述全方位移动平台的姿态、角速度和加速度的垂直陀螺仪组件、以及用于探测所述全方位移动平台的车轮转速的轮速传感器。进一步的，所述双机械臂的控制器的带宽大于所述全方位移动平台的控制器的带宽。一种全液压自主移动机械臂的动作方法，所述全液压自主移动机械臂具有第一动作模式，在所述第一动作模式下所述全方位移动平台运动、所述双机械臂静止，所述第一动作模式对应的动作方法包括：步骤(1)：对所跟踪的路径使用非完整约束条件进行规划；步骤(2)：根据所述步骤(1)规划的路径，设定所述全方位移动平台的运动模式，所述运动模式包括Ackerman转向、双Ackerman转向或车轮同向运动模式；步骤(3)：测量所述全方位移动平台的航向、位置和速度偏差；步骤(4)：基于非完整全方位移动平台运动学模型，使用自抗扰控制方法计算所述全方位移动平台所需的转角和转速控制量；步骤(5)：使用自抗扰控制方法实现所述全方位移动平台的转角和转速的底层控制。一种全液压自主移动机械臂的动作方法，所述全液压自主移动机械臂还具有第二动作模式，在所述第二动作模式下所述全方位移动平台静止、所述双机械臂运动，所述第二动作模式对应的动作方法包括：步骤(1)：所述导航相机引导所述全方位移动平台以指定位姿进入作业工位，并制动、锁紧；步骤(2)：所述大视场伺服相机搜索工件，引导所述双机械臂趋近工件；步骤(3)：当所述双机械臂的末端到达工件附近一定距离、工件进入所述手眼相机的视场范围内时，执行步骤(4)，否则执行所述步骤(2)；步骤(4)：所述双机械臂在所述大视场伺服相机的监控下，并在所述手眼相机的引导和视觉伺服控制器的控制下执行作业任务，如果工件脱离所述手眼相机的视场范围时，执行所述步骤(2)，将所述双机械臂再次引导回工件附近。进一步的，选定原点在所述全方位移动平台的质心处、与世界坐标系平行的坐标系作为所述双机械臂和所述大视场伺服相机的冻结世界坐标系，该冻结世界坐标系与所述全方位移动平台一起运动。一种全液压自主移动机械臂的动作方法，所述全液压自主移动机械臂还具有第三动作模式，在所述第三动作模式下所述全方位移动平台运动、所述双机械臂运动，所述第三动作模式对应的动作方法包括：步骤(1)：所述导航相机引导所述全方位移动平台移动至运动目标路径附近；步骤(2)：所述大视场伺服相机搜索、监视运动目标的出现，运动目标一旦出现，所述大视场伺服相机对运动目标进行识别，若运动目标为待抓取的目标，则估计运动目标相对所述全方位移动平台的距离，否则继续搜索；步骤(3)：将待抓取的运动目标的位置提供给所述双移动机械臂的控制系统，利用所述大视场伺服相机引导所述全方位移动平台向待抓取的运动目标运动，同时控制所述双移动机械臂朝向待抓取的运动目标运动，直至待抓取的运动目标完全处于所述双机械臂的任务空间内并有一定裕量时，控制所述全方位移动平台与待抓取的运动目标同步；步骤(4)：所述大视场伺服相机引导所述双机械臂的末端趋近待抓取的运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全液压自主移动机械臂的动作方法，所述全液压自主移动机械臂包括全方位移动平台，所述全方位移动平台上设置有双机械臂、动力系统、视觉系统、以及感知与控制系统，其中：所述全方位移动平台上设置有回转腰身装置，所述双机械臂通过所述回转腰身装置设置在所述全方位移动平台上，所述双机械臂为具有多自由度的仿人双臂结构；所述动力系统采用发动机‑液压驱动模式；所述视觉系统包括导航相机、大视场伺服相机和手眼相机；所述感知与控制系统包括关节力传感器、关节位置传感器和六维力传感器，所述关节力传感器和关节位置传感器设置在所述双机械臂的各关节处，所述六维力传感器设置在所述双机械臂的每条机械臂的末端；其特征在于：所述全液压自主移动机械臂具有第二动作模式，在所述第二动作模式下所述全方位移动平台静止、所述双机械臂运动，所述第二动作模式对应的动作方法包括：步骤(1)：所述导航相机引导所述全方位移动平台以指定位姿进入作业工位，并制动、锁紧；步骤(2)：所述大视场伺服相机搜索工件，引导所述双机械臂趋近工件；步骤(3)：当所述双机械臂的末端到达工件附近一定距离、工件进入所述手眼相机的视场范围内时，执行步骤(4)，否则执行所述步骤(2)；步骤(4)：所述双机械臂在所述大视场伺服相机的监控下，并在所述手眼相机的引导和视觉伺服控制器的控制下执行作业任务，如果工件脱离所述手眼相机的视场范围时，执行所述步骤(2)，将所述双机械臂再次引导回工件附近。...

【技术特征摘要】
1.一种全液压自主移动机械臂的动作方法，所述全液压自主移动机
械臂包括全方位移动平台，所述全方位移动平台上设置有双机械臂、动力
系统、视觉系统、以及感知与控制系统，其中：
所述全方位移动平台上设置有回转腰身装置，所述双机械臂通过所述
回转腰身装置设置在所述全方位移动平台上，所述双机械臂为具有多自由
度的仿人双臂结构；
所述动力系统采用发动机-液压驱动模式；
所述视觉系统包括导航相机、大视场伺服相机和手眼相机；
所述感知与控制系统包括关节力传感器、关节位置传感器和六维力传
感器，所述关节力传感器和关节位置传感器设置在所述双机械臂的各关节
处，所述六维力传感器设置在所述双机械臂的每条机械臂的末端；其特征
在于：
所述全液压自主移动机械臂具有第二动作模式，在所述第二动作模式
下所述全方位移动平台静止、所述双机械臂运动，所述第二动作模式对应
的动作方法包括：
步骤(1)：所述导航相机引导所述全方位移动平台以指定位姿进入作
业工位，并制动、锁紧；
步骤(2)：所述大视场伺服相机搜索工件，引导所述双机械臂趋近工
件；
步骤(3)：当所述双机械臂的末端到达工件附近一定距离、工件进入
所述手眼相机的视场范围内时，执行步骤(4)，否则执行所述步骤(2)；
步骤(4)：所述双机械臂在所述大视场伺服相机的监控下，并在所述
手眼相机的引导和视觉伺服控制器的控制下执行作业任务，如果工件脱离
所述手眼相机的视场范围时，执行所述步骤(2)，将所述双机械臂再次引
导回工件附近。
2.根据权利要求1所述的全液压自主移动机械臂的动作方法，其特
征在于，所述双机械臂的每条机械臂具有6个旋转关节，各旋转关节均由
摆动油缸或液压马达驱动，所述回转腰身装置由液压马达驱动；所有液压
马达均采用电液伺服阀控制。
3.根据权利要求1所述的全液压自主移动机械臂的动作方法，其特
征在于，所述导航相机为2台彩色单目导航相机，分别设置在所述全方位
移动平台的前后两端，所述大视场伺服相机设置在所述回转腰身装置的上
方，所述手眼相机为2台彩色立体手眼相机，分别设置在所述双机械臂的
每条机械臂的末端。
4.根据权利要求1的全液压自主移动机械臂的动作方法，其特征在
于，所述动力系统采用以燃气为能源的机载发动机提供动力，所述全方位
移动平台的四周安装有用于探测障碍物的超声波传感器和广角相机。
5.根据权利要求1所述的全液压自主移动机械臂的动作方法，其特
征在于，所述感知与控制系统还包括用于探测所述全方位移动平台的姿
态、角速度和加速度的垂直陀螺仪组件、以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁守银，王涛，杨志强，高真，
申请(专利权)人：济南鲁智电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37