[實(shí)用新型]多節(jié)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420141792.X
• 申請(qǐng)日: 2014-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN203882196U
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 揭琳鋒;劉洪慶;李悅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中集車輛(集團(tuán))有限公司;揚(yáng)州中集通華專用車有限公司
• 主分類號(hào): G05D3/00
• 分類號(hào): G05D3/00
• 代理公司: 隆天國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 張然;李昕巍

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種多關(guān)節(jié)段，尤其涉及一種多節(jié)機(jī)械臂的智能控制系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

現(xiàn)有的多關(guān)節(jié)段由4～6節(jié)長(zhǎng)度不等的關(guān)節(jié)段通過擺動(dòng)關(guān)節(jié)段依次相連，組成一個(gè)具有6個(gè)關(guān)節(jié)段的平面關(guān)節(jié)型機(jī)械臂，其一端與一個(gè)回轉(zhuǎn)支座相連，通過支座帶動(dòng)關(guān)節(jié)段回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以使關(guān)節(jié)段自由端實(shí)現(xiàn)一定空間范圍內(nèi)的任意移動(dòng)，根據(jù)其長(zhǎng)度的不同該機(jī)構(gòu)常用于輸送混凝土如混凝土泵車，或輸送人員設(shè)備如高空平臺(tái)車，也用于如排爆機(jī)器人或狹小空間作業(yè)的機(jī)器人小車等設(shè)備。?

多關(guān)節(jié)段自由端位置的控制是利用安裝在各個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)上的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的張開或收攏使機(jī)械臂在空間角度和長(zhǎng)度發(fā)生變化去改變機(jī)械臂自由端的空間位置。如采用液壓油缸驅(qū)動(dòng)或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。?

使用過程中，為實(shí)現(xiàn)臂架自由端位置的變化，須要多臂節(jié)及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的聯(lián)合動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)。操作者需要根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)判斷對(duì)每一個(gè)關(guān)節(jié)段進(jìn)行位姿的調(diào)整才可以移動(dòng)臂架自由端到達(dá)工作要求位置，如圖1所示，臂架自由端位置A移動(dòng)到B點(diǎn)，需要第4和第2第3三節(jié)臂架聯(lián)合動(dòng)作，而且由于各個(gè)臂架張開的角度和速度只依靠操作員肉眼判斷，所以臂架自由端位移的無法平穩(wěn)過渡。一般的機(jī)械臂的人工位姿調(diào)整性無法兼顧機(jī)械臂各關(guān)節(jié)姿態(tài)對(duì)工作的影響機(jī)械臂如充當(dāng)混凝土布料機(jī)械時(shí)對(duì)輸送混凝土過程中對(duì)混凝土流動(dòng)的影響，又如機(jī)械臂充當(dāng)焊接機(jī)器人手臂時(shí)對(duì)焊接氣體即焊接材料的輸送，以及機(jī)械臂的負(fù)荷應(yīng)力等因素。不恰當(dāng)?shù)谋奂茏藨B(tài)對(duì)機(jī)械臂工作過程中的穩(wěn)定性和機(jī)械臂的壽命都有著很大的負(fù)面影響。?

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種多節(jié)臂的控制系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有的多節(jié)機(jī)械臂通過人工目測(cè)調(diào)節(jié)，對(duì)機(jī)械臂工作過程中的穩(wěn)定性和機(jī)械臂的壽命都有著很大的負(fù)面影響的問題。?

本實(shí)用新型一種多節(jié)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)，該多節(jié)機(jī)械臂包括回轉(zhuǎn)支座和多個(gè)關(guān)節(jié)段，該多個(gè)關(guān)節(jié)段依次連接，該多個(gè)關(guān)節(jié)段的一端設(shè)置于該回轉(zhuǎn)支座的回轉(zhuǎn)中心，該控制系統(tǒng)包括：遙控裝置，用于向該多節(jié)機(jī)械臂發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令；移動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，與該多個(gè)關(guān)節(jié)段連接，用于驅(qū)動(dòng)該多個(gè)關(guān)節(jié)段運(yùn)動(dòng)；多個(gè)位姿傳感器，對(duì)應(yīng)安裝于該多個(gè)關(guān)節(jié)段上，用于測(cè)量各該關(guān)節(jié)段的角度信息；位姿處理器，與該多個(gè)位姿傳感器連接，所述位姿處理器接收該多個(gè)位姿傳感器所發(fā)出的該角度信息，并建立以該回轉(zhuǎn)支座的回轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)系，將該角度信息轉(zhuǎn)換為該三維空間坐標(biāo)系中的相對(duì)角度，以得到該多個(gè)關(guān)節(jié)段的位姿數(shù)據(jù)；移動(dòng)軌跡優(yōu)化運(yùn)算器，用于獲取該位姿處理器的該位姿數(shù)據(jù)，并根據(jù)該運(yùn)動(dòng)指令結(jié)合該位姿數(shù)據(jù)，使用優(yōu)化算法計(jì)算對(duì)每個(gè)該關(guān)節(jié)段所需要移動(dòng)的角度和速度；運(yùn)動(dòng)伺服控制器，用于根據(jù)該關(guān)節(jié)段所需要移動(dòng)的角度和速度，控制該移動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使得該移動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)各該關(guān)節(jié)段運(yùn)動(dòng)。?

根據(jù)本實(shí)用新型一種多節(jié)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該運(yùn)動(dòng)指令為該機(jī)械臂末端的運(yùn)動(dòng)方向矢量和速度。?

根據(jù)本實(shí)用新型一種多節(jié)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該位姿傳感器為絕對(duì)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。?

根據(jù)本實(shí)用新型一種多節(jié)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該位姿處理器還對(duì)該角度信息進(jìn)行平滑和濾波處理。?

根據(jù)本實(shí)用新型一種多節(jié)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該遙控裝置能夠控制一或多個(gè)該關(guān)節(jié)段鎖定。?

根據(jù)本實(shí)用新型一種多節(jié)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該移動(dòng)軌跡優(yōu)化運(yùn)算器根據(jù)沒有鎖定的關(guān)節(jié)段計(jì)算優(yōu)化路徑。?

根據(jù)本實(shí)用新型一種多節(jié)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，該移動(dòng)?軌跡優(yōu)化運(yùn)算器使用優(yōu)化算法計(jì)算對(duì)每個(gè)該關(guān)節(jié)段所需要移動(dòng)的角度和速度包括：該移動(dòng)軌跡優(yōu)化運(yùn)算器接收該遙控裝置發(fā)出的該多節(jié)機(jī)械臂的自由端所需移動(dòng)的目標(biāo)位置，按照該自由端移動(dòng)的最小位移量，計(jì)算各該關(guān)節(jié)段所應(yīng)移動(dòng)的角度和速度。?

根據(jù)本實(shí)用新型一種多節(jié)機(jī)械臂的控制系統(tǒng)的一實(shí)施例，其中，，通過求逆解方程及最小范數(shù)法求解每節(jié)機(jī)械臂的逆運(yùn)動(dòng)。?

本實(shí)用新型還提供了一種多節(jié)機(jī)械臂的控制方法，一種多節(jié)機(jī)械臂的控制方法，該多節(jié)機(jī)械臂包括：多個(gè)關(guān)節(jié)段，該多個(gè)關(guān)節(jié)段依次連接，該多個(gè)關(guān)節(jié)段的一端設(shè)置于多節(jié)機(jī)械臂的回轉(zhuǎn)支座；該控制方法包括：測(cè)量各該機(jī)械臂的角度信息；建立以機(jī)械臂的回轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)系，將該角度信息轉(zhuǎn)換為該三維空間坐標(biāo)系中的相對(duì)角度，以得到多個(gè)關(guān)節(jié)段的位姿數(shù)據(jù)；根據(jù)運(yùn)動(dòng)指令結(jié)合該位姿數(shù)據(jù)，使用優(yōu)化算法計(jì)算對(duì)每個(gè)該關(guān)節(jié)段所需要移動(dòng)的角度和速度；根據(jù)每個(gè)該關(guān)節(jié)段所需要移動(dòng)的角度和速度，控制該移動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使得該移動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)各該關(guān)節(jié)段運(yùn)動(dòng)。?