破拆机器人的工作臂控制方法及控制系统技术方案

本申请公开了一种破拆机器人的工作臂控制方法及控制系统。工作臂控制方法包括获取工作臂末端在当前状态下在工作臂坐标系下的末端坐标；获取破拆目标点在工作臂坐标系下的破拆坐标；根据末端坐标和破拆坐标获取移动至目标点的运动路径，计算工作臂在运动路径上的多个时间点处的多个工作臂姿态；根据多个时间点处的多个工作臂姿态获取在多个时间点处的液压油缸的活塞杆的目标伸缩量；根据多个时间点处的液压油缸的活塞杆的目标伸缩量获取液压油缸在多个时间点处的液压油的目标流量，基于多个时间点处的液压油的目标流量控制液压油缸动作。通过该方法可以摒弃外装于工作臂上的传感器，避免传感器损坏，降低成本，提高可靠性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
破拆机器人的工作臂控制方法及控制系统


[0001]本申请涉及破拆作业用工作臂的控制，特别涉及一种破拆机器人的工作臂的控制方法及控制系统。

技术介绍

[0002]随着机器人技术的发展，特别是工业机械手的广泛应用，工作臂的控制技术日新月异，解放了人力。现有的工作臂控制技术主要面向室内环境，且电机驱动，干扰因素较少，控制精度高。但对于野外工作场合的工作臂控制技术发展缓慢，特别是对于复杂破拆作业环境下多自由度液压工作臂的导引控制技术鲜有报道。并且在多自由度工作臂的姿态测量方面，现有测量仪器主要有：倾角传感器、角度编码器、拉线位移传感器、陀螺仪等精密传感器，且外装于工作臂。但对于破拆作业环境，精密仪器脆弱的本体易损坏且价格高。因此本申请基于液压缸的进出流量与其活塞杆的伸缩量之间的关系，提出了一种新的破拆机器人的工作臂控制方法。
[0003]在此需要说明的是，该
技术介绍
部分的陈述仅提供与本申请有关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种破拆机器人的工作臂控制方法及控制系统，以避免外装于工作臂上的传感器在工作环境中损坏，并提高作业的可靠性。
[0005]本申请第一方面提供一种破拆机器人的工作臂控制方法。破拆机器人包括工作臂和用于控制工作臂动作的至少一个液压油缸，工作臂具有用于执行破拆作业的工作臂末端，工作臂控制方法包括获取工作臂末端在当前状态下在工作臂坐标系下的末端坐标；获取破拆目标点在工作臂坐标系下的破拆坐标；根据末端坐标和破拆坐标获取使工作臂末端移动至破拆目标点的运动路径，并基于多自由度机械臂的逆运动学解计算工作臂在运动路径上的多个时间点处的多个工作臂姿态；根据多个时间点处的多个工作臂姿态计算获取在多个时间点处的至少一个液压油缸的活塞杆的目标伸缩量；以及根据多个时间点处的至少一个液压油缸的活塞杆的目标伸缩量获取至少一个液压油缸在多个时间点处的液压油的目标流量，并基于多个时间点处的液压油的目标流量控制至少一个液压油缸动作。
[0006]在一些实施例中，根据多个时间点处的至少一个液压油缸的活塞杆的目标伸缩量获取至少一个液压油缸在多个时间点处的液压油的目标流量包括获取至少一个液压油缸的进出流量与活塞杆的伸缩量之间的第一参数关系，并基于第一参数关系计算获得至少一个液压油缸在多个时间点处的液压油的目标流量。
[0007]在一些实施例中，破拆机器人还包括流量控制阀组，流量控制阀组用于控制至少一个液压油缸的进出流量。流量控制阀组的阀口开度根据输入电流的大小变化。基于多个时间点处的液压油的目标流量控制至少一个液压油缸动作包括获取流量控制阀组在不同电流大小下的阀口开度，并推导出在不同阀口开度下通过阀口的液压油的流速；以及根据
不同电流大小下的液压油的流速和多个时间点处的液压油的目标流量控制流量控制阀组的电流信号及开关时间。
[0008]在一些实施例中，获取工作臂末端在当前状态下在工作臂坐标系下的末端坐标包括获取工作臂末端在初始状态下的初始坐标；获取工作臂末端从初始状态到当前状态的过程中通过至少一个液压油缸的实际流量，并根据通过至少一个液压油缸的实际流量获取至少一个液压油缸的活塞杆的实际伸缩量；以及通过初始坐标和至少一个液压油缸的活塞杆的实际伸缩量并基于多自由度机械臂的正运动学解推导出末端坐标。
[0009]在一些实施例中，破拆机器人还包括回转马达和与回转马达驱动连接的回转平台。工作臂安装在回转平台上，回转平台用于带动工作臂旋转，获取工作臂末端在当前状态下在工作臂坐标系下的末端坐标还包括获取回转马达的进出流量与回转平台的旋转角度之间的第二参数关系；获取通过回转马达的实际流量，并根据回转马达的实际流量和第二参数关系获取回转平台的实际旋转角度；以及通过初始坐标、至少一个液压油缸的活塞杆的实际伸缩量以及回转平台的实际旋转角度并基于多自由度机械臂的正运动学解推导出末端坐标。
[0010]在一些实施例中，获取破拆目标点在工作臂坐标系下的破拆坐标包括通过视觉定位技术获取破拆目标点在工作臂坐标系下的第一坐标；通过激光定位技术获取破拆目标点在工作臂坐标系下的第二坐标；以及将第一坐标和第二坐标加权计算获取破拆目标点在工作臂坐标系下的破拆坐标。
[0011]在一些实施例中，将第一坐标和第二坐标加权计算获取破拆目标点在工作臂坐标系下的破拆坐标包括利用加权公式C＝kA1+(1
‑
k)A2计算获取破拆坐标。k为加权参数，根据光照亮度改变加权参数。当光照亮度在[0,10]之间时，加权参数为0。当光照亮度在[10,100]之间时，加权参数为0.25。当光照亮度在[100,500]之间时，加权参数为0.5。当光照亮度在[500,60000]之间时，加权参数为0.75。当光照亮度在[60000,200000]之间时，加权参数为1。
[0012]在一些实施例中，根据光照亮度改变加权参数包括使用光照传感器对作业环境进行检测来获取光照亮度，并根据光照传感器获取的光照亮度对加权参数进行调整。
[0013]在一些实施例中，通过视觉定位技术获取破拆目标点在工作臂坐标系下的第一坐标包括利用视觉机器获取破拆目标点在视觉坐标系下的视觉坐标，并根据视觉坐标系和工作臂坐标系之间的转换关系将视觉坐标转换为第一坐标。
[0014]在一些实施例中，通过激光定位技术获取破拆目标点在工作臂坐标系下的第二坐标包括利用激光测距仪获取破拆目标点在世界坐标系下的世界坐标，并根据世界坐标系和工作臂坐标系之间的转换关系将世界坐标转换为第二坐标。
[0015]本申请第二方面提供一种破拆机器人的工作臂控制系统，包括工作臂，具有用于执行破拆作业的工作臂末端；至少一个液压油缸，与工作臂连接以控制工作臂运动；以及控制器，被配置为执行如下步骤，包括获取工作臂的工作臂末端在当前状态下在工作臂坐标系下的末端坐标；获取破拆目标点在工作臂坐标系下的破拆坐标；根据末端坐标和破拆坐标获取使工作臂末端移动至破拆目标点的运动路径，并基于多自由度机械臂的逆运动学解计算工作臂在运动路径上的多个时间点处的多个工作臂姿态；根据多个时间点处的多个工作臂姿态计算获取在多个时间点处至少一个液压油缸的活塞杆的目标伸缩量；以及根据多
个时间点处的至少一个液压油缸的活塞杆的目标伸缩量获取至少一个液压油缸在多个时间点处的液压油的目标流量，并基于多个时间点处的液压油的目标流量控制至少一个液压油缸动作。
[0016]在一些实施例中，控制器还被配置为获取至少一个液压油缸的进出流量与活塞杆的伸缩量之间的第一参数关系，并根据第一参数关系由至少一个液压油缸的活塞杆的伸缩量获取至少一个液压油缸在多个时间点处的液压油的流量。
[0017]在一些实施例中，破拆机器人还包括用于控制至少一个液压油缸的进出流量的流量控制阀组，且流量控制阀组的阀口开度根据输入电流的大小变化。控制器被配置为获取流量控制阀组在不同电流大小下的阀口开度，并推导出在不同阀口开度下通过阀口的液压油的流速。根据不同电流大小下的液压油的流速和多个时间点处的液压油的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种破拆机器人的工作臂控制方法，所述破拆机器人包括工作臂(9)和用于控制所述工作臂(9)动作的至少一个液压油缸(11)，所述工作臂(9)具有用于执行破拆作业的工作臂末端(12)，其特征在于，所述工作臂控制方法包括如下步骤：获取所述工作臂末端(12)在当前状态下在工作臂坐标系下的末端坐标(B)；获取破拆目标点在工作臂坐标系下的破拆坐标(C)；根据所述末端坐标(B)和所述破拆坐标(C)获取使所述工作臂末端(12)移动至所述破拆目标点的运动路径，并基于多自由度机械臂的逆运动学解计算所述工作臂(9)在所述运动路径上的多个时间点处的多个工作臂姿态；根据所述多个时间点处的多个工作臂姿态计算获取在多个时间点处的所述至少一个液压油缸(11)的活塞杆的目标伸缩量；以及根据所述多个时间点处的所述至少一个液压油缸(11)的活塞杆的目标伸缩量获取所述至少一个液压油缸(11)在多个时间点处的液压油的目标流量，并基于所述多个时间点处的液压油的目标流量控制所述至少一个液压油缸(11)动作。2.根据权利要求1所述的破拆机器人的工作臂控制方法，其特征在于，所述根据多个时间点处的至少一个液压油缸(11)的活塞杆的目标伸缩量获取至少一个液压油缸(11)在多个时间点处的液压油的目标流量包括：获取所述至少一个液压油缸(11)的进出流量与活塞杆的伸缩量之间的第一参数关系，并基于所述第一参数关系计算获得所述至少一个液压油缸(11)在多个时间点处的液压油的目标流量。3.根据权利要求1所述的破拆机器人的工作臂控制方法，其特征在于，所述破拆机器人还包括流量控制阀组，所述流量控制阀组用于控制所述至少一个液压油缸(11)的进出流量，所述流量控制阀组的阀口开度根据输入电流的大小变化，所述基于多个时间点处的液压油的目标流量控制所述至少一个液压油缸(11)动作包括：获取所述流量控制阀组在不同电流大小下的阀口开度，并推导出在不同阀口开度下通过所述阀口的液压油的流速；以及根据所述不同电流大小下的液压油的流速和所述多个时间点处的液压油的目标流量控制所述流量控制阀组的电流信号及开关时间。4.根据权利要求1所述的破拆机器人的工作臂控制方法，其特征在于，所述获取工作臂末端(12)在当前状态下在工作臂坐标系下的末端坐标(B)包括：获取所述工作臂末端(12)在初始状态下的初始坐标(b)；获取所述工作臂末端(12)从所述初始状态到所述当前状态的过程中通过所述至少一个液压油缸(11)的实际流量，并根据通过至少一个液压油缸(11)的实际流量获取所述至少一个液压油缸(11)的活塞杆的实际伸缩量；以及通过所述初始坐标(b)和所述至少一个液压油缸(11)的活塞杆的实际伸缩量并基于多自由度机械臂的正运动学解推导出所述末端坐标(B)。5.根据权利要求4所述的破拆机器人的工作臂控制方法，其特征在于，所述破拆机器人还包括回转马达(8)和与所述回转马达(8)驱动连接的回转平台(10)，所述工作臂(9)安装在所述回转平台(10)上，所述回转平台(10)用于带动所述工作臂(9)旋转，所述获取工作臂末端(12)在当前状态下在工作臂坐标系下的末端坐标(B)还包括：获取所述回转马达(8)的进出流量与所述回转平台(10)的旋转角度之间的第二参数关
系；获取通过所述回转马达(8)的实际流量，并根据所述回转马达(8)的实际流量和所述第二参数关系获取所述回转平台(10)的实际旋转角度；以及通过所述初始坐标(b)、所述至少一个液压油缸(11)的活塞杆的实际伸缩量以及所述回转平台(10)的实际旋转角度并基于多自由度机械臂的正运动学解推导出所述末端坐标(B)。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的破拆机器人的工作臂控制方法，其特征在于，所述获取破拆目标点在工作臂坐标系下的破拆坐标(C)包括：通过视觉定位技术获取所述破拆目标点在工作臂坐标系下的第一坐标(A1)；通过激光定位技术获取所述破拆目标点在所述工作臂坐标系下的第二坐标(A2)；以及将所述第一坐标(A1)和所述第二坐标(A2)加权计算获取所述破拆目标点在所述工作臂坐标系下的破拆坐标(C)。7.根据权利要求6所述的破拆机器人的工作臂控制方法，其特征在于，将所述第一坐标(A1)和所述第二坐标(A2)加权计算获取所述破拆目标点在所述工作臂坐标系下的破拆坐标(C)包括：利用加权公式C＝kA1+(1
‑
k)A2计算获取所述破拆坐标(C)，k为加权参数，根据光照亮度改变所述加权参数，当所述光照亮度在[0,10]之间时，所述加权参数为0，当所述光照亮度在[10,100]之间时，所述加权参数为0.25，当所述光照亮度在[100,500]之间时，所述加权参数为0.5，当所述光照亮度在[500,60000]之间时，所述加权参数为0.75，当所述光照亮度在[60000,200000]之间时，所述加权参数为1。8.根据权利要求7所述的破拆机器人的工作臂控制方法，其特征在于，所述根据光照亮度改变所述加权参数包括：使用光照传感器(4)对作业环境进行检测来获取光照亮度，并根据所述光照传感器(4)获取的光照亮度对所述加权参数进行调整。9.根据权利要求6所述的破拆机器人的工作臂控制方法，其特征在于，通过视觉定位技术获取所述破拆目标点在工作臂坐标系下的第一坐标(A1)包括：利用视觉机器(1)获取所述破拆目标点在视觉坐标系下的视觉坐标(a1)，并根据所述视觉坐标系和所述工作臂坐标系之间的转换关系将所述视觉坐标(a1)转换为所述第一坐标(A1)。10.根据权利要求6所述的破拆机器人的工作臂控制方法，其特征在于，通过激光定位技术获取所述破拆目标点在所述工作臂坐标系下的第二坐标(A2)包括：利用激光测距仪(2)获取所述破拆目标点在世界坐标系下的世界坐标(a2)，并根据所述世界坐标系和所述工作臂坐标系之间的转换关系将所述世界坐标(a2)转换为所述第二坐标(A2)。11.一种破拆机器人的工作臂控制系统，其特征在于，包括：工作臂(9)，具有用于执行破拆作业的工作臂末端(12)；至少一个液压油...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵戈，梁康，汉京勇，
申请(专利权)人：江苏徐工工程机械研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：