[發明專利]一種移動機械臂分散集中自主切換控制方法

有效

• 申請號: 201310164581.8
• 申請日: 2013-05-07
• 公開（公告）號: CN103240739A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 吳懷宇;陳雪鋒;韓濤;吳若鴻;鐘銳;張志芬;林冠西
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡琳萍

1.一種移動機械臂分散集中自主切換控制方法，其特征在于主要包括以下步驟：

A：對移動機械臂建立世界坐標系和車載坐標系，獲取移動機械臂的當前位姿；移動機械臂的當前位姿是依靠平臺上的傳感裝置和建立的坐標系確定的；世界坐標系用于確定移動機械臂在世界坐標中的位置；車載坐標系用于確定移動機械臂在行進過程中由傳感器測量出的物體相對于移動機械臂的位置；

B：由A步驟獲取的移動機械臂的當前位姿，分別搭建分散控制模式和集中控制模式下移動機械臂的運動學模型和動力學模型，并根據搭建的運動學模型和動力學模型進行軌跡規劃；

當采用分散控制模式時，對機械臂和可移動平臺分別進行控制，包括對可移動平臺的路徑規劃，并利用D-H方法對機械臂建立運動學模型，進而對機械臂進行軌跡規劃；當采用集中控制模式時，首先通過對機械結構和運動特性的分析，建立整體系統的運動學模型，然后利用拉格朗日力學法建立動力學模型，并在此模型基礎上對機械臂和可移動平臺進行協調控制，最后，采用人工勢函數方法驅使移動機械臂系統完成運動規劃任務；

C：設計出分散集中自主切換控制器并根據分散集中自主切換控制器目標函數取值決定是否進行控制模式切換，如給定的任務比較復雜，利用分散集中自主切換控制器，實現在分散控制模式和集中控制模式之間的切換，之后以切換后的控制模式對移動機械臂進行控制，并驅動移動機械臂運動，最終完成既定任務；如給定的任務比較簡單，不需要通過分散集中自主切換控制器切換控制模式來實現，則按B步驟原定的分散控制模式或集中控制模式繼續對移動機械臂進行控制，最終完成既定任務。

2.根據權利要求1所述的自主切換控制方法，其特征在于：C步驟中所述的分散集中控制自主切換控制器是以數據測試的方法對已獲得的外部提取信息值進行反饋、修正和優化，同時以機械臂輔助狀態變量X_a，動力學變量ξ_a，機械臂末端執行器約束函數C_a，建立分散控制優化模型為f_a(X)=f_a(X_a,ξ_a,C_a)；以移動平臺輔助狀態變量X_c，協同控制設計變量ξ_c，移動平臺約束函數C_c，建立集中控制優化模型為f_c(X)=f_c(X_c,ξ_c,C_c)；

然后，利用可變優先級與包容式結構算法，建立分散集中控制多目標優化函數：minf(X)=min[f_a(X),f_c(X)]，根據分散集中控制多目標優化函數取值來決定是否進行控制模式的切換。

3.根據權利要求2所述的自主切換控制方法，其特征在于：C步驟中，如之前的B步驟中為分散控制模式，則在分散集中控制多目標優化函數minf(X)取值為f_a(X)時，保持原分散控制模式，在minf(X)取值為f_c(X)時，切換到集中控制模式。

4.根據權利要求1-3之一所述的自主切換控制方法，其特征在于：B步驟采用當采用集中控制模式時所涉及的協調控制為：利用移動機械臂和可移動平臺的動力學系統的界函數構造滑模控制器，通過滑模控制器將一個給定的任務分解成機械臂的操作和移動平臺的移動，從而實現對移動機械臂的動作控制。

5.根據權利要求1-3之一所述的自主切換控制方法，其特征在于：B步驟中，分散控制模式是把機械臂和可移動平臺當作兩個子系統，分別加以控制；當采用分散控制模式時，如果給定任務的涉及空間范圍在機械臂所能到達的空間范圍內，則可移動平臺不動，僅對機械臂進行相應的軌跡規劃，即首先對機械臂建立坐標系，建立相應的關節和連桿參數表，根據D-H法求出各連桿坐標系之間的齊次變換矩陣，由此得出機械臂的運動學方程，進而對機械臂進行軌跡規劃；如果給定任務的涉及空間范圍在機械臂所能到達的空間范圍以外，則首先需對可移動平臺進行路徑規劃，到達相應的空間之后，再對機械臂進行軌跡規劃。