[發(fā)明專利]大型機械臂姿態(tài)感知方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810511404.5
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN109015627A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚志強;趙琦;戴一玨;盛孟剛
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/08
• 代理公司: 上海精晟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 張超宇;馮子玲

1.大型機械臂姿態(tài)感知方法，其特征在于：所述感知方法是采集各基站和待測臂架各采集點間的三維距離信息，根據(jù)大型機械臂的運動特性和空間幾何關(guān)系，將三維距離信息降維計算得二維距離信息，基于源定位方法結(jié)合大型機械臂的結(jié)構(gòu)以二維距離信息為基礎(chǔ)建立數(shù)學模型，求解得二維計算信息，將二維計算信息升維成三維計算信息，獲得的所有三維計算信息即為該大型機械臂的實時感知姿態(tài)；其中，距離信息包含各基站與基站間的距離，各測距傳感器與測距傳感器間的距離和各基站與各測距傳感器間的距離。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型機械臂姿態(tài)感知方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1，臂架在初始位置時，布設(shè)完全覆蓋待測臂架關(guān)節(jié)點或期望點環(huán)境的若干個無線基站，在待測臂架關(guān)節(jié)點或期望點處安裝測距傳感器；

S2，通過測距傳感器測量各基站與待測臂架各關(guān)節(jié)點或期望點之間的距離，根據(jù)測得的各三維距離信息建立距離數(shù)據(jù)庫；

S3，根據(jù)大型機械臂架在作業(yè)時，具有工作于一個平面和關(guān)節(jié)點聯(lián)動協(xié)作的運動特性和空間幾何關(guān)系，將步驟S2所得距離數(shù)據(jù)庫中的各三維距離信息降低維度計算得二維距離信息，將所得各二維距離信息更新至距離數(shù)據(jù)庫；

S4，根據(jù)源定位方法，結(jié)合機械臂架設(shè)有多個關(guān)節(jié)點的結(jié)構(gòu)特征，基于步驟S3所得各二維距離信息建立數(shù)學模型并優(yōu)化求解，獲得待測臂架各關(guān)節(jié)點或期望點的二維計算信息，將各二維計算信息使用步驟S3的逆過程還原為其三維計算信息；

S5，臂架進行某一次動態(tài)作業(yè)時，重復(fù)步驟S2至步驟S4，此時將步驟S4所得t時刻三維計算信息作為步驟S2的t+x時刻三維距離信息進行仿真計算，所得t+x時刻的所有三維計算信息即為該大型機械臂t+x時刻的實時感知姿態(tài)；其中，x為同一臂架動態(tài)作業(yè)時t的變化值。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型機械臂姿態(tài)感知方法，其特征在于，步驟S1具體包括：

S11，布設(shè)至少四個無線基站，所述四個無線基站的信號范圍完全覆蓋待測臂架關(guān)節(jié)點或期望點環(huán)境，同時標定基站坐標；

S12，在待測臂架關(guān)節(jié)點或期望點處安裝測距傳感器；

其中，所述測距傳感器設(shè)有通信模塊和信息處理模塊，所述基站布設(shè)位置不在同一平面上。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型機械臂姿態(tài)感知方法，其特征在于：步驟S2的測距方法選自飛行時差測距法、到達時間法、到達時間差法、接收信號強度指示法、到達角度法或方向角法。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型機械臂姿態(tài)感知方法，其特征在于，步驟S2具體包括：

S21，各基站和各測距傳感器之間相互發(fā)送信號，測量各基站與基站間的距離、各測距傳感器與測距傳感器間的距離和各基站與各測距傳感器之間的距離，將上述所測三維距離信息進行信息處理；

S22，根據(jù)步驟S21信息處理后的關(guān)節(jié)點或期望點的初始三維距離信息或t-x時刻關(guān)節(jié)點或期望點的歷史三維計算信息，獲得t時刻各錨點三維計算信息；

S23，根據(jù)步驟S21和步驟S22所得三維距離信息和三維計算信息建立距離數(shù)據(jù)庫；

其中，d_ij為各測距傳感器到各基站之間的距離，C為光速，τ_ij為測量參數(shù)信號傳播時間。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型機械臂姿態(tài)感知方法，其特征在于，步驟S3具體包括：

S31，在三維參考坐標下確定待測臂架工作平面，并建立參考坐標系；

S32，根據(jù)步驟S2建立的距離數(shù)據(jù)庫遍歷所有測距傳感器的三維距離信息，將步驟S2所得三維距離信息向工作平面進行投影，利用待測臂架的運動特性做降維計算得二維距離信息，所得二維距離信息更新至距離數(shù)據(jù)庫。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型機械臂姿態(tài)感知方法，其特征在于，步驟S4具體包括：

S41，根據(jù)待測臂架的結(jié)構(gòu)特征，結(jié)合步驟S3距離數(shù)據(jù)庫的二維距離信息，確定數(shù)學模型中所需的矩陣和參數(shù)，構(gòu)建數(shù)學模型；

S42，利用優(yōu)化方法求解步驟S41中建立的數(shù)學模型，并將求解得到測距傳感器二維計算信息，使用步驟S3的逆過程還原成測距傳感器的三維計算信息，更新至距離數(shù)據(jù)庫，并作為t+x時刻待測臂架三維距離信息。