一种针对排爆机器人五轴串联机械臂的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种针对排爆机器人五轴串联机械臂的控制方法。本发明专利技术包括如下步骤：将五轴机构划分成三个部分并分别进行控制算法设计；第一部分为第一轴的关节空间操作，第二部分的动作定义为XZ平面的位置和俯仰参数(x,z,α)的操作，第三部分为第五轴的关节空间操作；通过第1轴关节空间动作使机械臂正对目标操作物，第二部分平面空间操作靠近目标物，然后第5轴关节空间动作调节抓取姿态，完成任务操作；使用第一部分和第二部分平面内操作机械臂到达适合无人车行驶的姿态，对目标进行其他任务操作。本发明专利技术通过算法设计目标对象的结构类型和操作方式,将关节空间操作和平面操作空间的正逆运动学建模结合，有效提高机械臂机构的可操作性并降低了操作难度。的可操作性并降低了操作难度。的可操作性并降低了操作难度。

【技术实现步骤摘要】
一种针对排爆机器人五轴串联机械臂的控制方法


[0001]本专利技术属于机器人控制
，特别是涉及一种针对排爆机器人五轴串联机械臂的控制方法。

技术介绍

[0002]排爆机器人是指可替代排爆人员对爆炸装置及其他危险物品实施侦查、转移、拆解及销毁的平台，该平台主要分为移动底盘、机械臂、监视摄像头和远程通信模块等部分。排爆机器人的研制一般使用各种新材料和新技术，各种关键性的技术也被学术界和工程界所关注重视。随着当今国内与国外形势日趋严峻，排爆机器人将发展更为迅猛。
[0003]现有技术的缺陷与不足：
[0004]目前排爆机器人机械臂一般采用五轴串联机械臂执行对目标物操作，具备关节空间和笛卡尔空间两种操作模式。由于五轴串联机械臂为欠自由度的机械臂，不能实现空间任意位置的抓取。若采用标准D
‑
H建模的机械臂实现笛卡尔空间运动，由于Z轴姿态不可控制，会影响沿X、Y、Z轴操作的控制精度，提升了完成任务的复杂性。
[0005]为了解决排爆机器人五轴串联机械臂控制精度的问题，本着易于实现、可操作性高且可靠性好的原则，设计一种针对排爆机器人五轴串联机械臂的控制方法，从而提高排爆机器人的可操作性和可靠性，进一步促进排爆机器人行业的发展与应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种针对排爆机器人五轴串联机械臂的控制方法，通过算法设计目标对象的结构类型和操作方式,将关节空间操作和平面操作空间的正逆运动学建模结合，解决了现有的机械臂可操作性低、操作难度大、精度低的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术为一种针对排爆机器人五轴串联机械臂的控制方法，包括如下步骤：
[0009]步骤S1：将五轴机构划分成三个部分：第一部分为第1轴，第二部分包括第2轴、第3轴、第4轴，第三部分为第5轴，并对每个部分分别进行控制算法设计；
[0010]步骤S2：将第一部分的第1轴的动作定义为关节空间操作，将第二部分的第2轴、第3轴、第4轴的动作定义为XZ平面的位置和俯仰参数(x,z,α)的操作，将第三部分的第5轴定义为关节空间操作；
[0011]步骤S3：通过旋转第1轴使机械臂操作平面垂切于目标物，采用第二部分位置控制靠近目标物，然后调节机械臂正对目标操作物，再然后旋转第5轴角度值，调节预定操作的横滚参数角度，实现对目标物的预定操作；
[0012]步骤S4：预定操作后，合理使用第一部分和第二部分平面内操作机械臂至行驶的姿态，行驶至目的地，对目标实现其他预定操作。
[0013]作为一种优选的技术方案，所述第1轴一端与基座的连接处设为第1关节；所述第1轴另一端与第2轴的连接处设为第2关节；所述第2轴与第3轴的连接处设为第3关节；所述第
3轴与第4轴的连接处设为第4关节；所述第4轴与第5轴的连接处设为第5关节。
[0014]作为一种优选的技术方案，所述第一部分为关节操作，用于绕基座标系Z轴旋转，使第二轴、第三轴、第四轴的动作始终处于同一个平面内；通过旋转平面转换为体，实现三维空间的位置操作。
[0015]作为一种优选的技术方案，所述第二部分为平面操作，用于实现XZ平面的位置位移(X,Z)及平面绕Y轴转动角度α，并对第二、第三、第四轴单独进行标准D
‑
H建模，基于D
‑
H参数可计算关节之间的齐次变换矩阵，具体公式如下：
[0016][0017]从第2关节到第4关节之间的齐次变换矩阵为T
24
(θ2,θ3,θ4)，并通过θ2,θ3,θ4计算出XZ中的位置参数和俯仰参数(x,z,α)；
[0018]式中，θ2表示第2关节的角度值，θ3表示第3关节的角度值，θ3表示第3关节的角度值，θ4表示第4关节的角度值，x表示XZ平面在X轴上的投影距离，z表示XZ平面在Z轴上的投影距离，α表示绕Y轴的旋转角度值。
[0019]作为一种优选的技术方案，所述齐次变换矩阵中分别对x,z,α进行步进计算，然后通过逆运动学确定各关节角度值θ2′
,θ3′
,θ4′
，用于控制每个关节轴电机的动作，各关节电机协同动作对x,z,α的步进操作；
[0020]其中，θ2′
表示期望的第2关节的角度值，θ3′
表示期望的第3关节的角度值，θ3′
表示期望的第3关节的角度值。
[0021]作为一种优选的技术方案，所述第二部分平面操作与第一部分绕Z轴的旋转结合实现体空间的操作，即：当一关节动作θ1角度后，基座系绕Z轴旋转相同角度θ1，相当于操作平面绕Z轴旋转角度θ1。
[0022]作为一种优选的技术方案，所述步骤S2中，第三部分为关节操作，基于第一部分和第二部分达到空间目标点，通过第5轴调节，实现操作角度调节。
[0023]本专利技术具有以下有益效果：
[0024]本专利技术通过算法设计目标对象的结构类型和操作方式,将关节空间操作和平面操作空间的正逆运动学建模结合，有效提高机械臂机构的可操作性并降低了操作难度，解决了五轴欠自由度机构操作算法设计较难且实现后精度较低的问题。
[0025]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术的一种针对排爆机器人五轴串联机械臂的控制方法流程图；
[0028]图2为移动平台上机械臂的坐标系示意图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]请参阅图1所示，本专利技术为一种针对排爆机器人五轴串联机械臂的控制方法，包括如下步骤：
[0031]步骤S1：将五轴机构划分成三个部分：第一部分为第1轴(基座轴)，第二部分包括第2轴、第3轴、第4轴，第三部分为第5轴，并对每个部分分别进行控制算法设计；
[0032]机械臂在移动平台建立基座标系如附图2所示，X轴指向车体前方，Y轴指向车头朝向的左侧，由右手定制可知Z轴垂直地面向上；
[0033]步骤S2：将第一部分的第1轴的动作定义为关节空间操作，将第二部分的第2轴、第3轴、第4轴的动作定义为XZ平面的位置和俯仰参数(x,z,α)的操作，将第三部分的第5轴定义为关节空间操作；
[0034]第三部分为关节操作，基于第一部分和第二部分达到空间目标点，通过第5轴调节，实现操作角度调节；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对排爆机器人五轴串联机械臂的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：将五轴机构划分成三个部分：第一部分为第1轴，第二部分包括第2轴、第3轴、第4轴，第三部分为第5轴，并对每个部分分别进行控制算法设计；步骤S2：将第一部分的第1轴的动作定义为关节空间操作，将第二部分的第2轴、第3轴、第4轴的动作定义为XZ平面的位置和俯仰参数(x,z,α)的操作，将第三部分的第5轴定义为关节空间操作；步骤S3：通过旋转第1轴使机械臂操作平面垂切于目标物，采用第二部分位置控制靠近目标物，然后调节机械臂正对目标操作物，再然后旋转第5轴角度值，调节预定操作的横滚参数角度，实现对目标物的预定操作；步骤S4：预定操作后，合理使用第一部分和第二部分平面内操作机械臂至行驶的姿态，行驶至目的地，对目标实现其他预定操作。2.根据权利要求1所述的一种针对排爆机器人五轴串联机械臂的控制方法，其特征在于，所述第1轴一端与基座的连接处设为第1关节；所述第1轴另一端与第2轴的连接处设为第2关节；所述第2轴与第3轴的连接处设为第3关节；所述第3轴与第4轴的连接处设为第4关节；所述第4轴与第5轴的连接处设为第5关节。3.根据权利要求1所述的一种针对排爆机器人五轴串联机械臂的控制方法，其特征在于，所述第一部分为关节操作，用于绕基座标系Z轴旋转，通过旋转平面转换为体，实现三维空间的位置操作。4.根据权利要求2所述的一种针对排爆机器人五轴串联机械臂的控制方法，其特征在于，所述第二部分为平面操作，用于实现XZ平面的位置位移(X,Z)及平面绕Y轴转动角度α，并对第二、第三、第四轴单独进行标准D
...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛艳峰，高晓川，姜波，
申请(专利权)人：合肥智行通智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：