[發明專利]多節機械臂的控制系統及方法

在審

• 申請號: 201410116882.8
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN104950909A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 揭琳鋒;劉洪慶;李悅
• 申請（專利權）人: 中集車輛(集團)有限公司;揚州中集通華專用車有限公司
• 主分類號: G05D3/00
• 分類號: G05D3/00
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 張然;李昕巍

1.一種多節機械臂的控制系統，該多節機械臂包括回轉支座和多個關節段，該多個關節段依次連接，該多個關節段的一端設置于該回轉支座的回轉中心，其特征在于，該控制系統包括：

遙控裝置，用于向該多節機械臂發送運動指令；

移動執行機構，與該多個關節段連接，用于驅動該多個關節段運動；

多個位姿傳感器，對應安裝于該多個關節段上，用于測量各該關節段的角度信息；

位姿處理器，與該多個位姿傳感器連接，所述位姿處理器接收該多個位姿傳感器所發出的該角度信息，并建立以該回轉支座的回轉中心為原點的三維空間坐標系，將該角度信息轉換為該三維空間坐標系中的相對角度，以得到該多個關節段的位姿數據；

移動軌跡優化運算器，用于獲取該位姿處理器的該位姿數據，并根據該運動指令結合該位姿數據，使用優化算法計算對每個該關節段所需要移動的角度和速度；

運動伺服控制器，用于根據該關節段所需要移動的角度和速度，控制該移動執行機構，使得該移動執行機構對應驅動各該關節段運動。

2.如權利要求1所述的多節機械臂的控制系統，其特征在于，該運動指令為該機械臂末端的運動方向矢量和速度。

3.如權利要求1所述的多節機械臂的控制系統，其特征在于，該位姿傳感器為絕對光電編碼器傳感器、電流型模擬傳感器或電壓型模擬傳感器。

4.如權利要求1所述的多節機械臂的控制系統，其特征在于，該位姿處理器還對該角度信息進行平滑和濾波處理。

5.如權利要求1所述的多節機械臂的控制系統，其特征在于，該遙控裝置能夠控制一或多個該關節段鎖定。

6.如權5所述的多節機械臂的控制系統，其特征在于，該移動軌跡優化運算器根據沒有鎖定的關節段計算優化路徑。

7.如權利要求1所述的多節機械臂的控制系統，其特征在于，該移動軌跡優化運算器使用優化算法計算對每個該關節段所需要移動的角度和速度包括：

該移動軌跡優化運算器接收該遙控裝置發出的該多節機械臂的自由端所需移動的目標位置，按照該自由端移動的最小位移量，計算各該關節段所應移動的角度和速度。

8.如權利要求7所述的多節機械臂的控制系統，其特征在于，通過求逆解方程及最小范數法求解每節機械臂的逆運動。

9.一種多節機械臂的控制方法，該多節機械臂包括：多個關節段，該多個關節段依次連接，該多個關節段的一端設置于多節機械臂的回轉支座；其特征在于，該控制方法包括：

測量各該機械臂的角度信息；

建立以機械臂的回轉中心為原點的三維空間坐標系，將該角度信息轉換為該三維空間坐標系中的相對角度，以得到多個關節段的位姿數據；

根據運動指令結合該位姿數據，使用優化算法計算對每個該關節段所需要移動的角度和速度；

根據每個該關節段所需要移動的角度和速度，控制該移動執行機構，使得該移動執行機構對應驅動各該關節段運動。

10.如權利要求9所述的多節機械臂的控制方法，其特征在于，過濾因關節段晃動所產生的該角度信息的變動。

11.如權利要求9所述的多節機械臂的控制方法，其特征在于，控制一或多個該關節段鎖定。

12.如權利要求9所述的多節機械臂的控制方法，其特征在于，該運動指令包括：多節機械臂的自由端所需移動的目標位置信息；

根據運動指令結合該位姿數據，使用優化算法計算對每個該關節段所需要移動的角度和速度包括：

接收發出機械臂的自由端所需移動的目標位置信息，按照該自由端移動的最小位移量，計算各該關節段所應移動的角度和速度。