[發(fā)明專利]多關節(jié)機械臂智能控制方法、裝置及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103955231A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設計）人: 代晴華;譚凌群;蒲東亮;武利沖
• 申請（專利權）人: 三一汽車制造有限公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及工程機械領域，特別涉及一種多關節(jié)機械臂智能控制方法、裝置及系統(tǒng)。?

背景技術

多關節(jié)超長臂架屬于非線性耦合系統(tǒng)，隨著臂架長度的增長及關節(jié)的增多，其操控難度逐步加大，很難進行精確控制。如何降低多關節(jié)超長臂架勞動強度及操控復雜度，成為本領域技術人員亟需解決的控制難題。?

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明提出一種多關節(jié)機械臂智能控制方法、裝置及系統(tǒng)，以進一步提高多關節(jié)機械臂的控制精度，降低操控的復雜度。?

第一方面，本發(fā)明公開了一種多關節(jié)機械臂智能控制方法，包括如下步驟：?

步驟S11，接收由操控器輸入的機械臂末端的速度矢量；步驟S12，基于所述機械臂末端的速度矢量和當前機械臂的狀態(tài)，對多關節(jié)機械臂的各個節(jié)臂進行軌跡預測；若預測所得的下一時刻的運動軌跡相對于當前時刻發(fā)生突變，則放棄該軌跡預測的結果；步驟S13，基于多關節(jié)機械臂的運動約束和軌跡預測的結果，確定最優(yōu)規(guī)劃解；步驟S14，根據(jù)所述最優(yōu)規(guī)劃解，確定各個節(jié)臂的油缸驅動量；步驟S51，根據(jù)所述油缸驅動量及執(zhí)行機構的比例特性，確定驅動電流，所述驅動電流用于驅動多關節(jié)臂架及轉塔的回轉。?

進一步地，上述多關節(jié)機械臂智能控制方法中，所述步驟S13中，所述運動約束為液壓系統(tǒng)流量極值約束，所述最優(yōu)規(guī)劃解為系統(tǒng)流量代價最小的規(guī)劃解。?

進一步地，上述多關節(jié)機械臂智能控制方法中，在步驟S15后，還包括步?驟S16，檢測被驅動后的多關節(jié)臂架的狀態(tài)參數(shù)，并將所述多關節(jié)臂架的狀態(tài)參數(shù)反饋至步驟S12，所述軌跡預測的結果根據(jù)輸入的機械臂末端的速度矢量和多關節(jié)臂架的狀態(tài)參數(shù)共同確定。?

進一步地，上述多關節(jié)機械臂智能控制方法中，所述步驟S16還包括如下子步驟：對獲取的所述多關節(jié)臂架的狀態(tài)參數(shù)進行信號濾波以及形變補償，并將獲取的結果反饋至所述步驟S12。?

本發(fā)明多關節(jié)機械臂智能控制方法工作原理如下：基于輸出至控制器的機械臂末端速度和各關節(jié)臂的當前姿態(tài)進行臂架的軌跡預測?；陬A測結果和約束，確定最優(yōu)規(guī)劃解，進而，確定各個關節(jié)臂的驅動量ΔL；最后，根據(jù)驅動量ΔL與電流i比例特性，精確確定驅動臂架所需的電流，進而實現(xiàn)多關節(jié)機械臂的高精度控制。并且，由于在進行軌跡預測的時候，若預測所得的下一時刻的運動軌跡相對于當前時刻發(fā)生突變，則放棄該軌跡預測的結果。因此，這種基于運動趨勢的預測，在小振幅運動情況下可以確保臂架的運動狀態(tài)不發(fā)生突變，即，可以很好的確保臂架的平穩(wěn)運動。此外，對于本發(fā)明而言，操控者只需要通過速度輸入裝置輸入機械臂末端的速度，該速度為操控者對臂架末端的控制意愿，即可通過完成上述各個步驟而實現(xiàn)對臂架動作的控制，因此，簡單易行，極大地降低了操控的復雜度。?

第二方面，本發(fā)明還公開了一種多關節(jié)機械臂智能控制裝置，包括：速度矢量接收單元、軌跡預測單元、最優(yōu)規(guī)劃解確定單元、油缸驅動量計算單元以及驅動電流計算單元。其中，速度矢量接收單元用于接收由操控器輸入的機械臂末端的速度矢量；軌跡預測單元用于基于所述機械臂末端的速度矢量和當前機械臂的狀態(tài)，對多關節(jié)機械臂的各個節(jié)臂進行軌跡預測，若預測所得的下一時刻的運動軌跡相對于當前時刻發(fā)生突變，則放棄該軌跡預測的結果；最優(yōu)規(guī)劃解確定單元用于基于多關節(jié)機械臂的運動約束和軌跡預測的結果，確定最優(yōu)規(guī)劃解；油缸驅動量計算單元用于根據(jù)所述最優(yōu)規(guī)劃解，確定各個節(jié)臂的油缸驅動量；驅動電流計算單元用于根據(jù)所述油缸驅動量及執(zhí)行機構的比例特性，確定驅動電流，所述驅動電流用于驅動多關節(jié)臂架及轉塔的回轉。?

進一步地，上述多關節(jié)機械臂智能控制裝置中，所述最優(yōu)規(guī)劃解確定單元中，所述運動約束為液壓系統(tǒng)流量極值約束，所述最優(yōu)規(guī)劃解為系統(tǒng)流量代價最小的規(guī)劃解。?

進一步地，上述多關節(jié)機械臂智能控制裝置中還包括反饋單元，該反饋單元用于檢測被驅動后的多關節(jié)臂架的狀態(tài)參數(shù)，并將所述多關節(jié)臂架的狀態(tài)參數(shù)反饋至所述軌跡預測單元，所述軌跡預測單元進一步根據(jù)輸入的機械臂末端的速度矢量和所述多關節(jié)臂架的狀態(tài)參數(shù)共同確定預測結果。?

進一步地，上述多關節(jié)機械臂智能控制裝置的所述反饋單元還包括信號濾波及形變補償子單元，用于對獲取的所述多關節(jié)臂架的狀態(tài)參數(shù)進行信號濾波以及形變補償。?