一种大型重载机械臂的投影运动学控制方法技术

本发明专利技术属于大型重载机器人领域，具体地说是一种大型重载机械臂的投影运动学控制方法。包括以下步骤：根据实际的机械臂建立为机械臂的三维几何模型；设置多个投影面；对该三维几何模型进行投影映射，分别得到关节J1～J4以及末端执行器末端点EE在各个投影面的投影；根据三维几何模型以及在各个投影面的投影，获取关节角θ1，θ2，θ3，J4的伸长量以及与EE的对应关系。根据EE获取关节角θ1、θ2、θ3的旋转角度，将该旋转角度分别作为关节电机的输入值，将采集的关节实际角度作为反馈值，通过闭环控制控制关节旋转，进而实现机械臂运动。本发明专利技术所提出的投影运动学控制方法为解析求解法，相比与其他数值解法，无需迭代求解，求解效率较高，保障控制系统实时性需求。障控制系统实时性需求。障控制系统实时性需求。

【技术实现步骤摘要】
一种大型重载机械臂的投影运动学控制方法


[0001]本专利技术属于大型重载机器人领域，具体地说是一种大型重载机械臂的投影运动学控制方法。

技术介绍

[0002]随着我国城市化进程的发展，建筑业迎来了新一轮的产业变革，即通过研发和研制建筑机器人来代替建筑工人完成一些“高危”和“脏、累、差”等重复性工作，进而让建筑工人们投身到更具价值和更轻松的岗位，以提高建设施工的效率，促进建筑领域的自动化、智能化的转型和升级。当前，对于建筑领域的重载操作任务，一般都是由操作人员控制大型液压机械臂，以实现重载目标的提升、搬运及转载。对重载机械臂进行自动化改造，首先需建立其运动模型，进而实现重载操作的自动控制。因此，建立大型重载机械臂的运动学控制方法，是实现重载机械臂自动化改造和高精准操控的基础和关键，具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0003]针对现有大型重载机械臂逆运动学求解效率不高的问题，本专利技术提供一种大型重载机械臂的投影运动学控制方法。该方法通过将三维空间求解问题，转化成二维平面问题，求取机械臂关节变量。
[0004]本专利技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型重载机械臂的投影运动学控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据实际的机械臂建立为机械臂的三维几何模型；2)设置多个投影面，分别为投影面A、投影面B、投影面C以及投影面D；对该三维几何模型进行投影映射，分别得到回转关节J1、主臂俯仰关节J2、大臂俯仰关节J3、伸缩关节J4以及末端执行器的末端点EE在各个投影面的投影；3)根据机械臂的三维几何模型以及在各个投影面的投影，获取回转关节J1的关节角θ1，主臂俯仰关节J2的关节角θ2以及大臂俯仰关节J3的关节角θ3以及伸缩关节J4的伸长量；得到J1的关节角θ1、J2的关节角θ2、J3的关节角θ3与末端执行器位置EE的对应关系；4)根据末端执行器的末端位置EE得到J1的关节角θ1、J2的关节角θ2、J3的关节角θ3的旋转角度，将该旋转角度分别作为关节电机的输入值，将采集的关节实际角度作为反馈值，通过闭环控制控制关节旋转，进而实现机械臂运动。2.根据权利要求1所述的一种大型重载机械臂的投影运动学控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，具体为：所述投影面A为水平于地面的平面；所述投影面B为由主臂俯仰关节J2轴线与末端执行器的末端点EE形成的平面；所述投影面C垂直于大臂俯仰关节J3轴线的竖直平面；所述投影面D为由回转关节J1的轴线与末端执行器的末端点EE组成的平面。3.根据权利要求1所述的一种大型重载机械臂的投影运动学控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，具体为：(1)根据机械臂的三维几何模型在投影面A上的投影，得到回转关节J1的关节角θ1；(2)根据三维几何模型在投影面C上投影，得到末端执行器的末端点EE在投影面C上的映射点EE
’
；根据三维几何模型在投影面D上投影，得到主臂俯仰关节J2与末端执行器的末端点EE之间距离A2；(3)根据三角几何关系得到以及映射点EE
’
，得到主臂俯仰关节J2在投影面C上与末端执行器的末端点EE在投影面C上的映射点EE
’
之间的距离A3；(4)根据三维几何模型在投影面C上投影，以及距离A3，通过三角几何关系，获取伸缩关节J4的伸长量；(5)根据映射点EE
’
以及主臂俯仰关节J2距离投影面C原点的距离，通过三角几何关系，获取主臂俯仰关节J2的关节角θ2以及大臂俯仰关节J3的关节角θ3。4.根据权利要求3所述的一种大型重载机械臂的投影运动学控制方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：将三维几何模型投射在投影面A，其中，J1与J2重合，求解如下：将三维几何模型投射在投影面A，其中，J1与J2重合，求解如下：θ1＝θ
11
+θ
12
其中，A1为在投影面A上大臂俯仰关节J3与伸缩关节J4之间偏置距离，EE为末端执行器
的坐标为(x0,y0,z0)，θ1为回转关节J1的关节角，θ
11
，θ
12
为中间参数。5.根据权利要求3所述的一种大型重载机械臂的投影运动学控制方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：将三维几何模型在投影面C和投影面D投影得...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金国，张鑫，周浩，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：