[發明專利]基于球面模型的飛行機械臂視覺伺服與多任務控制方法

在審

• 申請號: 202010848414.5
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN111923049A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 何炳蔚;賴寧斌;陳彥杰;梁嘉誠;林立雄
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學俊

1.基于球面模型的飛行機械臂視覺伺服結構，其特征在于：所述伺服結構包括六自由度的無人機、三自由度的機械臂和控制模塊；所述機械臂安裝于無人機的基座的機械臂安裝面處；所述機械臂安裝面處還設有深度相機；所述深度相機的拍攝角度與機械臂安裝面成角度設置，所述控制模塊與深度相機、機械臂相連，并使深度相機、機械臂組合為機器人手眼標定系統。

2.根據權利要求1所述的基于球面模型的飛行機械臂視覺伺服結構，其特征在于：所述機械臂包括三個轉動關節；所述機械臂安裝面位于基座的平臺正下方；所述深度相機為Intel RealSense相機。

3.根據權利要求1所述的基于球面模型的飛行機械臂視覺伺服結構，其特征在于：所述機械臂末端設有執行器；所述控制模塊為可對無人機的飛行進行控制的控制模塊；當所述飛行機械臂需對目標進行操作時，控制模塊經深度相機對目標距離進行評估，若目標位于機械臂操作范圍外，則控制模塊驅動無人機向目標飛行，若目標位于機械臂操作范圍內，則控制模塊驅動機械臂對目標進行操作。

4.基于球面模型的飛行機械臂視覺伺服與多任務控制方法，其特征在于：所述控制方法使用權利要求3中的基于球面模型的飛行機械臂視覺伺服結構，包括以下步驟；

步驟S1：控制模塊通過深度相機獲取目標物信息，并基于球面模型建立用于伺服飛行控制的球面坐標系，在無人機飛行過程中，基于球面坐標系實時計算目標物相對于無人機的期望位置實時位置之差，以基于球面坐標系的視覺伺服控制方法來控制無人機向目標物飛行，并得到無人機的伺服速度；

步驟S2：當無人機距目標物較近，使目標物到達相對于無人機的期望位置后，控制模塊通過深度相機獲取目標物信息和機械臂末端的執行器的信息，并基于球面坐標系對機械臂進行伺服控制，同時得到機械臂在球面坐標系內的角速度；

步驟S3：通過飛行機械臂視覺誤差方程控制機械臂動作，以消除深度相機的視覺誤差，使控制模塊能夠對機械臂進行伺服控制來移動執行器，把機械臂末端的執行器移動定位至目標物處；

步驟S4：采用針對多任務的協調控制方法控制飛行機械臂，對目標物定位并抓取，所述多任務包括機械臂末端位置控制、估計目標物體姿態、動態補償系統重心的變化、避免機械臂關節極限，在對目標物定位并抓取的過程中，所述協調控制方法使飛行機械臂所執行的任務類別與飛行機械臂當前工況匹配。

5.根據權利要求4所述的基于球面模型的飛行機械臂視覺伺服與多任務控制方法，其特征在于：所述球面模型采用緯度角與經度角坐標m(θ_z,θ_x)^T表示，假設目標物或機械臂的執行器所在位置點在相機坐標系下的坐標為M_i＝(x_i y_i z_i)^T，則有：

其中，R²＝x²+y²+z²。