[發明專利]全液壓自主移動機械臂及其動作方法

有效

• 申請號: 201410739963.3
• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN104476550A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 魯守銀;王濤;楊志強;肖桂濤;高真
• 申請（專利權）人: 濟南魯智電子科技有限公司
• 主分類號: B25J13/08
• 分類號: B25J13/08;B25J9/02
• 代理公司: 北京恩赫律師事務所 11469
• 代理人: 劉守憲

技術領域

本發明涉及機械臂技術領域，特別是指一種全液壓自主移動機械臂及其動作方法。

背景技術

過去30年，我國制造業在低成本勞動力優勢下獲得了快速發展和長足進步，成為了世界制造大國。但是，進入21世紀第二個10年以來，勞動力成本急劇上升，以80后、90后為主的勞動力人口對從事單調重復、工作環境差的產業工作的興趣明顯下降，制造業以機器人替代人工的訴求不斷得到激發。

移動機械臂具有巨大的市場潛力，以輪胎制造業為例，我國輪胎產量約占全世界的50％，但硫化生產工藝中胎坯的運輸、入庫儲存和成品輪胎在輸送線上的揀選等工作還需要人工完成，胎坯到硫化機上的柔性安裝也大量依靠人工，不僅勞動強度大，而且車間內硫化污染嚴重，對工人的職業健康造成了很大危害，致使輪胎企業大量出現用工荒，企業對移動機械臂的需求量在3000臺左右，市場容量在50億元左右；機械加工(鍛件的夾持鍛打，焊件的夾持焊接，大質量零部件的裝配、揀選、運輸等)、大型危險品及彈藥作業、工程與市政施工等行業企業對液壓驅動移動機械臂也有大量需求，市場總容量在200億元以上。

液壓驅動的大負載自主移動機械臂結合了移動機器人平臺和機械臂的特點，同時具有自主移動和操作功能，使機械臂擁有了高度的運動冗余性和更大的工作空間，能在更短的時間內以更優的位姿完成更大范圍內的任務，可以移動作業的形式廣泛用于工件的裝配、揀選、搬運，鍛壓件的鍛打夾持和搬運，焊接件的夾持焊接，實現生產過程的自動化、高效化，代替人工完成環境惡劣、勞動強度大的工作，為工人職業健康水平的顯著改善提供有力保障。

因此，針對較大型工件的裝配、鍛壓件的鍛打夾持和搬運、焊接件的夾持焊接，有必要研制一種能夠滿足該需求的全液壓自主移動機械臂及其動作方法。

發明內容

本發明提供一種能夠滿足大質量工件大范圍移動作業需求的全液壓自主移動機械臂及其動作方法。

為解決上述技術問題，本發明提供技術方案如下：

一種全液壓自主移動機械臂，包括全方位移動平臺，所述全方位移動平臺上設置有雙機械臂、動力系統、視覺系統、以及感知與控制系統，其中：

所述全方位移動平臺上設置有回轉腰身裝置，所述雙機械臂通過所述回轉腰身裝置設置在所述全方位移動平臺上，所述雙機械臂為具有多自由度的仿人雙臂結構；

所述動力系統采用發動機-液壓驅動模式；

所述視覺系統包括導航相機、大視場伺服相機和手眼相機；

所述感知與控制系統包括關節力傳感器、關節位置傳感器和六維力傳感器，所述關節力傳感器和關節位置傳感器設置在所述雙機械臂的各關節處，所述六維力傳感器設置在所述雙機械臂的每條機械臂的末端。

進一步的，所述雙機械臂的每條機械臂具有6個旋轉關節，各旋轉關節均由擺動油缸或液壓馬達驅動，所述回轉腰身裝置由液壓馬達驅動；所有液壓馬達均采用電液伺服閥控制。

進一步的，所述導航相機為2臺彩色單目導航相機，分別設置在所述全方位移動平臺的前后兩端，所述大視場伺服相機設置在所述回轉腰身裝置的上方，所述手眼相機為2臺彩色立體手眼相機，分別設置在所述雙機械臂的每條機械臂的末端。

進一步的，所述動力系統采用以燃氣為能源的機載發動機提供動力，所述全方位移動平臺采用懸掛-驅動內置的液壓主動輪，所述全方位移動平臺的四周安裝有用于探測障礙物的超聲波傳感器和廣角相機。

進一步的，所述感知與控制系統還包括用于探測所述全方位移動平臺的姿態、角速度和加速度的垂直陀螺儀組件、以及用于探測所述全方位移動平臺的車輪轉速的輪速傳感器。

進一步的，所述雙機械臂的控制器的帶寬大于所述全方位移動平臺的控制器的帶寬。

一種全液壓自主移動機械臂的動作方法，所述全液壓自主移動機械臂具有第一動作模式，在所述第一動作模式下所述全方位移動平臺運動、所述雙機械臂靜止，所述第一動作模式對應的動作方法包括：

步驟(1)：對所跟蹤的路徑使用非完整約束條件進行規劃；

步驟(2)：根據所述步驟(1)規劃的路徑，設定所述全方位移動平臺的運動模式，所述運動模式包括Ackerman轉向、雙Ackerman轉向或車輪同向運動模式；

步驟(3)：測量所述全方位移動平臺的航向、位置和速度偏差；

步驟(4)：基于非完整全方位移動平臺運動學模型，使用自抗擾控制方法計算所述全方位移動平臺所需的轉角和轉速控制量；

步驟(5)：使用自抗擾控制方法實現所述全方位移動平臺的轉角和轉速的底層控制。