一种大型重载液压机械臂的增量式运动控制方法技术

本发明专利技术属于大型重载机器人领域，具体说是一种大型重载液压机械臂的增量式运动控制方法，包括以下步骤：建立液压机械臂三维几何模型；分别设置初始位置、第一过渡位置、第二过渡位置和最佳抓捕位置；并分别对初始位置、第一过渡位置和第二过渡位置时的三维几何模型进行投影；根据液压机械臂三维几何模型以及投影，获取液压机械臂从初始位置到最佳抓捕位置各关节增量角以及伸缩关节增量长度；根据各关节的增量角以及伸缩关节的增量长度，实现液压机械臂对目标物体的抓捕。本发明专利技术所提出的增量式运动控制方法，无需对形变进行复杂的建模和参数辨识，可以对液压机械臂在当前构型一定的笛卡尔空间邻域内进行精准的位置控制，确保抓捕任务的成功率。捕任务的成功率。捕任务的成功率。

【技术实现步骤摘要】
一种大型重载液压机械臂的增量式运动控制方法


[0001]本专利技术属于大型重载机器人领域，具体说是一种大型重载液压机械臂的增量式运动控制方法。

技术介绍

[0002]随着我国自动化水平的发展，一些重载工作场景如：木材、港口货物、建筑等行业急需面向重载目标搬运的无人化装备，自动化和智能化是重载行业的发展趋势。当前，对于相关行业的重载搬运任务，一般都是通过专业操作人员手动操控大型液压机械臂实现对重载物体的抓捕及搬运，但这种工作模式往往劳动强度大，效率低下，且安全隐患多。
[0003]因此，推进大型重载搬运装备的自动化程度，使工作人员远离危险的工作环境，实现自动化抓捕和高效化搬运是重载搬运领域的发展重点。对大型重载液压机械臂的自动化改造，首先应该保证系统在笛卡尔空间具有精准的位置控制，但系统的柔性变形是影响位置控制精准度的一大障碍。因此解决柔性变形所带来的影响，是实现大型重载液压机械臂自动化改造的关键，为此本专利技术建立一种增量式运动控制方法，对重载目标的自动化抓捕搬运任务具有非常重要的意义。

技术实现思路

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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型重载液压机械臂的增量式运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据实际的液压机械臂建立液压机械臂的三维几何模型；2)分别设置初始位置、第一过渡位置、第二过渡位置和最佳抓捕位置；并分别对初始位置、第一过渡位置和第二过渡位置时的三维几何模型进行投影，分别获取三维几何模型在初始位置正面投影、第一过渡位置水平投影和第二过渡位置正面投影；3)根据液压机械臂的三维几何模型以及初始位置正面投影、第一过渡位置水平投影和第二过渡位置正面投影，获取液压机械臂从初始位置到最佳抓捕位置的回转关节J1的增量角、俯仰关节J2的增量角、回转关节J3的增量角、伸缩关节J4的增量长度和回转关节J5的增量角；4)根据求解出的各关节的增量角以及伸缩关节的增量长度，通过控制器实现液压机械臂对目标物体的抓捕。2.根据权利要求1所述的一种大型重载液压机械臂的增量式运动控制方法，其特征在于，所述步骤1)，具体为：所述液压机械臂，包括：液压臂、吊具以及视觉系统；其中，所述液压臂，包括：顺次连接的基座、主臂、大臂以及伸展臂；分别建立液压臂、吊具以及视觉系统的模型，并进行组合得到三维几何模型，包括以下步骤：(1
‑
1)建立液压臂模型，其中，所述基座与主臂一端通过回转关节J1连接，主臂另一端与大臂一端通过俯仰关节J2连接，大臂另一端与伸展臂通过俯仰关节J3连接，伸展臂中间位置设有伸缩关节J4；对液压臂建立模型，分别得到：回转关节J1、俯仰关节J2、俯仰关节J3和伸缩关节J4；所述伸缩关节J4距离J3关节轴线l距离处设有拉线传感器，用于读取的伸展臂的伸长长度；(1
‑
2)对吊具建立模型：所述吊具的俯仰关节J6所在连杆固接于伸展臂的末端，俯仰关节J6底部与回转关节J5顶部固连，回转关节J5底部固接有夹爪，建立吊具模型，得到：回转关节J5、俯仰关节J6和夹爪模型；(1
‑
3)所述视觉系统，包括：视觉标靶和相机，所述相机安装在吊具底部某一端的末端，视觉标靶安装在目标物体上，在吊取目标物体时，以使相机获取视觉靶标在相机中的位姿；(1
‑
4)定义液压机械臂的部分关节零位：俯仰关节J2、回转关节J3和伸缩关节J4位于同一水平面；回转关节J5将吊具顶面与伸缩关节J4的连杆调整至平行状态，且俯仰关节J6将吊具调至平行于水平面。3.根据权利要求1所述的一种大型重载液压机械臂的增量式运动控制方法，其特征在于，所述正面投影为，以回转关节J2和J3轴线的垂直面基准面进行投影；所述水平投影为，以当液压机械臂位于零位时回转关节J2和J3的轴线所在水平面为基准面进行投影。4.根据权利要求1所述的一种大型重载液压机械臂的增量式运动控制方法，其特征在于，所述第一过渡位置为：基于初始位置，回转关节J3的抓捕角度为θ
3T
时液压机械臂所处位置；所述抓捕角度θ
3T
为在液压机械臂抓捕目标物体时回转关节J3的角度；所述第二过渡位置为：基于第一过渡位置的液压机械臂位置，使液压机械臂吊具位于
目标物体正上方位置；所述最佳抓捕位置为：基于第二过渡位置的液压机械臂位置，使液压机械臂距离目标物体正上方设定高度d
r
位置，高度d
r
用于液压机械臂对目标物体进行抓捕。5.根据权利要求1所述的一种大型重载液压机械臂的增量式运动控制方法，其特征在于，所述步骤3)，具体为：(1)对液压机械臂在初始位置进行正面投影，并确定液压机械臂的第一过渡位置，获取俯仰关节J2轴线到吊具中心在水平面投影的长度；(2)对液压机械臂在第一过渡位置进行水平面投影，此时，吊具位于目标物体的正上方，确定的液压机械臂的第二过渡位置，根据俯仰关节J2轴线到吊具中心在水平面投影的长度以及相机此时获取的视觉靶标在相机中的位姿，获取回转关节J1的增量角Δθ1、当前伸缩关节J4的增量长度Δd
4c
和回转关节J5的增量角Δδ；(3)对液压机械臂在第二过渡位置进行正面投影，确定的液压机械臂的最佳抓捕位置，并获取俯仰关节J2的增量角Δθ2、回转关节J3的增量角Δθ3和当前J4的增量长度Δd
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，以及回转关节J5的增量角。6.根据权利要求5所述的一种大型重载液压机械臂的增量式运动控制方法，其特征在于，所述步骤(1)，具体为：当液压机械臂处于初始位置时，对其在正面进行投影，设定回转关节J3的抓捕角度为θ
3T
，并通过俯仰关节J6将吊具调至水平状态，确定第一过渡位置；在第一过渡位置上，视觉系统进行图像采集，并得到目标物体的视觉靶标在相机坐标系{C}中的位姿(
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x1，
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y1，
c
z1，
c

【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：