一种移动机械臂系统及围捕控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种移动机械臂系统及围捕控制方法，所述方法包括：各所述移动机械臂实时获取各自所述末端执行器与被追捕物之间的距离并与编号相邻的所述移动机械臂交换信息，以通过迭代估计算法确定各自是否属于所述移动机械臂系统中设定数量的最接近被追捕物的移动机械臂之一，其中，所述设定数量大于或等于1且小于或等于所述移动机械臂的总数；所述设定数量的移动机械臂根据设定运行模式向所述被追捕物前进，以完成围捕任务。本发明专利技术中，各移动机械臂基于距离竞争的关系通过局部信息判断得出全局的信息，从而最终通过设定数量的移动机械臂根据设定运行模式向被追捕物前进，以完成围捕任务。

A mobile manipulator system and its control method

The present invention provides a mobile manipulator system and a method of capture control. The method includes: each of the mobile arms obtains the distance between the end actuators and the captured objects in real time and exchanges information with the mobile manipulator with the number adjacent to determine whether or not each of the mobile manipulator is described by an iterative estimation algorithm. One of the mobile manipulators in the mobile manipulator system that sets the number closest to the tracked object, in which the set number is greater than or equal to 1 and less than or equal to the total number of the mobile manipulator; the set number of the mobile arm advances to the captured object according to the set operation mode to complete the capture task. In this invention, the mobile manipulator can determine the global information based on the distance competition relationship through the local information, and finally, by setting the number of mobile manipulators to advance to the captured objects according to the set operation mode, to complete the capture task.

【技术实现步骤摘要】
一种移动机械臂系统及围捕控制方法
本专利技术属于机器人
，尤其涉及一种移动机械臂系统及围捕控制方法。
技术介绍
移动机械臂由于具有可移动性，可以代替人类到各种环境中执行探险、探测和巡查等任务。经过多年的研究与发展，移动机械臂已经逐步走向实用化，在制造业、物流业、军事等多个领域，已经有了不少利用移动机械臂来提高生产效率或者替代人工作业的实例。在一些诸如国防等具有重大战略意义的项目中，移动机械臂的需求也日益明显。随着科技的进步，包括多个移动机械臂的移动机械臂系统在月球探测、深海开发、战争、反恐、地震救助、高危品处理等领域逐渐发挥出巨大的作用，并显现出广泛的应用前景。然而，在广阔的环境中，移动机械臂系统中各个移动机械臂因距离以及随身可携带负载的限制，通常不具有全局通信的能力，也即，移动机械臂系统中每个移动机械臂只能与数量有限的移动机械臂通信。故，在大规模环境下进行围捕任务时，各移动机械臂之间可能由于通信受限的原因，导致信息不能随时随地进行共享，从而无法完成围捕任务。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种移动机械臂系统及围捕控制方法，以解决如何使移动机械臂系统在大规模环境下完成围捕任务的问题。一种移动机械臂系统围捕控制方法，所述移动机械臂系统包括多个移动机械臂，且各所述移动机械臂均包括末端执行器；所述方法包括：各所述移动机械臂实时获取各自所述末端执行器与被追捕物之间的距离并与编号相邻的所述移动机械臂交换信息，以通过迭代估计算法确定各自是否属于所述移动机械臂系统中设定数量的最接近被追捕物的移动机械臂之一；其中，所述设定数量大于或等于1且小于或等于所述移动机械臂的总数；所述设定数量的移动机械臂根据设定运行模式向所述被追捕物前进，以完成围捕任务。在其中一个实施例中，各所述移动机械臂实时获取各自所述末端执行器与被追捕物之间的距离并与编号相邻的所述移动机械臂交换信息，以通过迭代估计算法确定各自是否属于所述移动机械臂系统中设定数量的最接近被追捕物的移动机械臂之一的步骤包括：获取所述末端执行器与被追捕物之间实时的距离；与编号相邻的所述移动机械臂交换相应的状态信息；根据所述距离、编号相邻的所述移动机械臂发送的状态信息及迭代估计算法进行迭代运算，并得出迭代结果；根据所述迭代结果判断是否需要进入启动状态，若是，则切换至启动状态并按照所述设定运行模式向所述追捕物前进，否则，切换至静止状态；每隔设定采样间隔，均重复执行上述步骤，依次循环，直至判断所述移动机械臂系统中设定数量的最接近被追捕物的移动机械臂均进入启动状态为止。在其中一个实施例中，所述状态信息包括编号及与所述迭代估计算法相关的信息。在其中一个实施例中，各所述移动机械臂均存有用于记录相邻编号的相邻编号列表；并且，与编号相邻的所述移动机械臂交换相应的状态信息的步骤包括：向其他所述移动机械臂发送自己对应的状态信息；接收其他移动机械臂发送的状态信息；根据所述相邻编号列表从接收的所有所述状态信息中筛选出编号相邻的所述移动机械臂发送的状态信息。在其中一个实施例中，所述迭代估计算法为：其中，k为迭代次数；i为所述移动机械臂的编号；j∈N(i)为与第i个移动机械臂编号相邻的移动机械臂编号；η、z均为辅助变量，其初始值随机设定；Aij为第i个移动机械臂与第j个移动机械臂之间的连接权值，且当两个移动机械臂的编号满足|i-j|≤1时，Aij＝1，否则，Aij＝0；c0∈R为正的常数；τ∈R为所述设定采样间隔；γ为用于控制收敛速度的正参数；n为所述移动机械臂系统中所有移动机械臂的总数量；m为所述设定数量；sik+1为第k+1次迭代结果；PΩ[u]为空间R到集合Ω＝{u|0≤u≤1}∈R的分段线性投影算子，且当u>1时，PΩ[u]＝1，当u<0时，PΩ[u]＝0，当u为其余数值时，PΩ[u]＝u；di为每次进行迭代运算时获取的第i个移动机械臂的所述末端执行器与所述被追捕物之间的距离；b∈R为设计参数。并且，根据所述迭代结果判断是否需要进入启动状态，若是，则切换至启动状态并按照所述设定运行模式向所述追捕物前进，否则，切换至静止状态的步骤为：根据所述sik+1的值判断是否需要进入启动状态，若sik+1等于1，则切换至启动状态并按照所述设定运行模式向所述追捕物前进，若sik+1等于0，则切换至静止状态。在其中一个实施例中，所述设定运行模式为沿距离范数的负梯度方向前进；其中，所述距离范数指空间上所述被追捕物的位置向量与所述移动机械臂中所述末端执行器的位置向量之间的直线距离。在其中一个实施例中，各所述移动机械臂均包括移动平台和机械臂；所述机械臂的一端安装于所述移动平台上，所述机械臂的另一端设有所述末端执行器；所述移动平台底部设有驱动轮；并且，所述设定运行模式为：其中，k为迭代次数；i为所述移动机械臂的编号；表示第kτ时刻时，第i个移动机械臂的所述驱动轮和所述机械臂的联合角度向量；表示第kτ时刻时，第i个移动机械臂的所述驱动轮和所述机械臂的联合速度向量；上标T表示矩阵和向量的转置；sik为第k次迭代结果；c2为速度反馈正系数；表示第kτ时刻时，第i个移动机械臂的所述末端执行器速度向量和所述联合速度向量之间的连接矩阵；表示第kτ时刻时，所述被追捕物的位置向量；表示第kτ时刻时，第i个移动机械臂的所述末端执行器的位置向量。在其中一个实施例中，所述驱动轮包括半径相同的左轮和右轮；并且，在所述设定运行模式中，所述分别为：其中，在上述公式中，φ为所述移动平台的航向角；xc、yc分别为所述移动平台与所述机械臂的连接点所在坐标系中的横坐标、纵坐标，且所述坐标系所在平面与所述移动平台的表面平行；f(θ)为所述机械臂的前向运动学方程；θ为所述机械臂上所有关节的角度构成的联合向量；r表示所述左轮或所述右轮的半径；d表示所述左轮中心与所述右轮中心构成线段的中点到所述移动平台与所述机械臂的连接点的距离；b表示所述左轮或所述右轮与所述中点之间的距离；I为单位矩阵。在其中一个实施例中，所述机械臂包括6个关节及6根连杆；各所述关节通过所述连杆连接在一起；并且，所述f(θ)的计算方式为：其中，lu表示第u根连杆的长度，且u＝1,2,3,4,5,6；cv＝cos(θv)，sv＝sin(θv)，s32＝sin(θ3+θ2)；c32＝cos(θ3+θ2)，且θv表示第v个关节的角度，v＝1,2,3,4,5,6；h为离所述移动平台最近的所述关节与所述移动平台底部之间的距离。一种移动机械臂系统，且所述移动机械臂系统用于执行所述移动机械臂系统围捕控制方法。在本专利技术提供的移动机械臂系统及围捕控制方法中，各所述移动机械臂实时获取各自所述末端执行器与被追捕物之间的距离并与编号相邻的所述移动机械臂交换信息，以通过迭代估计算法确定各自是否属于所述移动机械臂系统中设定数量的最接近被追捕物的移动机械臂之一，相当于各移动机械臂基于距离竞争的关系通过局部信息判断得出全局的信息，从而最终通过所述设定数量的移动机械臂根据设定运行模式向所述被追捕物前进，以完成围捕任务。因此，本专利技术提供的移动机械臂系统及围捕控制方法具有分布式处理的特点，对于通信受限的移动机械臂系统具有较好的控制效果，从而能够在大规模环境下完成围捕任务。附图说明为了更清楚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动机械臂系统围捕控制方法，所述移动机械臂系统包括多个移动机械臂，且各所述移动机械臂均包括末端执行器；其特征在于，所述方法包括：各所述移动机械臂实时获取各自所述末端执行器与被追捕物之间的距离并与编号相邻的所述移动机械臂交换信息，以通过迭代估计算法确定各自是否属于所述移动机械臂系统中设定数量的最接近被追捕物的移动机械臂之一；其中，所述设定数量大于或等于1且小于或等于所述移动机械臂的总数；所述设定数量的移动机械臂根据设定运行模式向所述被追捕物前进，以完成围捕任务。

【技术特征摘要】
1.一种移动机械臂系统围捕控制方法，所述移动机械臂系统包括多个移动机械臂，且各所述移动机械臂均包括末端执行器；其特征在于，所述方法包括：各所述移动机械臂实时获取各自所述末端执行器与被追捕物之间的距离并与编号相邻的所述移动机械臂交换信息，以通过迭代估计算法确定各自是否属于所述移动机械臂系统中设定数量的最接近被追捕物的移动机械臂之一；其中，所述设定数量大于或等于1且小于或等于所述移动机械臂的总数；所述设定数量的移动机械臂根据设定运行模式向所述被追捕物前进，以完成围捕任务。2.根据权利要求1所述的移动机械臂系统围捕控制方法，其特征在于，各所述移动机械臂实时获取各自所述末端执行器与被追捕物之间的距离并与编号相邻的所述移动机械臂交换信息，以通过迭代估计算法确定各自是否属于所述移动机械臂系统中设定数量的最接近被追捕物的移动机械臂之一的步骤包括：获取所述末端执行器与被追捕物之间实时的距离；与编号相邻的所述移动机械臂交换相应的状态信息；根据所述距离、编号相邻的所述移动机械臂发送的状态信息及迭代估计算法进行迭代运算，并得出迭代结果；根据所述迭代结果判断是否需要进入启动状态，若是，则切换至启动状态并按照所述设定运行模式向所述追捕物前进，否则，切换至静止状态；每隔设定采样间隔，均重复执行上述步骤，依次循环，直至判断所述移动机械臂系统中设定数量的最接近被追捕物的移动机械臂均进入启动状态为止。3.根据权利要求2所述的移动机械臂系统围捕控制方法，其特征在于，所述状态信息包括编号及与所述迭代估计算法相关的信息。4.根据权利要求3所述的移动机械臂系统围捕控制方法，其特征在于，各所述移动机械臂均存有用于记录相邻编号的相邻编号列表；并且，与编号相邻的所述移动机械臂交换相应的状态信息的步骤包括：向其他所述移动机械臂发送自己对应的状态信息；接收其他移动机械臂发送的状态信息；根据所述相邻编号列表从接收的所有所述状态信息中筛选出编号相邻的所述移动机械臂发送的状态信息。5.根据权利要求2所述的移动机械臂系统围捕控制方法，其特征在于，所述迭代估计算法为：zik+1＝-γ(nηik+1-m)τ+zik，其中，k为迭代次数；i为所述移动机械臂的编号；j∈N(i)为与第i个移动机械臂编号相邻的移动机械臂编号；η、z均为辅助变量，其初始值随机设定；Aij为第i个移动机械臂与第j个移动机械臂之间的连接权值，且当两个移动机械臂的编号满足|i-j|≤1时，Aij＝1，否则，Aij＝0；c0∈R为正的常数；τ∈R为所述设定采样间隔；γ为用于控制收敛速度的正参数；n为所述移动机械臂系统中所有移动机械臂的总数量；m为所述设定数量；sik+1为第k+1次迭代结果；PΩ[u]为空间R到集合Ω＝{u|0≤u≤1}∈R的分段线性投影算子，且当u>1时，PΩ[u]＝1，当u<0时，PΩ[u]＝0，当u为其余数值时，PΩ[u]＝u；di为每次进行迭代运算时获取的第i个移动机械臂的所述末端执行...

【专利技术属性】
技术研发人员：金龙，李帅，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44