[發明專利]一種適用于機器人集群協同搬運的接觸力動態分配方法

有效

• 申請號: 202011315123.6
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112394732B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 張育林;周昊;孫沖
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

1.一種適用于機器人集群協同搬運的接觸力動態分配方法，其特征在于，包含如下步驟：

S1：明確被搬運物體的大小、尺寸和質心位置，以及搬運被搬運物體的移動機器人個數N和尺寸；

S2：由被搬運物體的標稱運動軌跡計算被搬運物體當前時刻的期望運動狀態，并測量出被搬運物體當前時刻的實際運動狀態；以及N個移動機器人與被搬運物體的接觸點在被搬運物體本體坐標系下的真實位置及在慣性系下的真實接觸力；

S3：各個移動機器人根據被搬運物體的標稱運動軌跡，以及被搬運物體當前時刻的實際運動狀態，計算出被搬運物體當前時刻所需的總控制力和總控制力矩，并結合S2中獲取的各移動機器人與被搬運物體的接觸點真實位置和真實接觸力，計算被搬運物體當前時刻所需的總控制力增量和總控制力矩增量；

S4：各個移動機器人根據移動機器人集群當前時刻的實際相對位置，將總控制力增量和總控制力矩增量分解給自身以及其他移動機器人，對所有移動機器人需施加的正向接觸力增量進行解算；

S5：各個移動機器人對所有移動機器人對自身需施加的正向接觸力增量的解算值進行平均，作為自身對被搬運物體所需施加的正向接觸力增量，追加到自身與被搬運物體的正向接觸力上；

S6：重復執行S2-S5，直到移動機器人集群整體運動到目標位置。

2.根據權利要求1所述的適用于機器人集群協同搬運的接觸力動態分配方法，其特征在于，S2中，被搬運物體的標稱運動軌跡由路徑規劃算法事先規劃好或者人為設計成指定函數曲線。

3.根據權利要求1所述的適用于機器人集群協同搬運的接觸力動態分配方法，其特征在于，S2中，所述期望運動狀態包括質心期望位置、質心期望速度、質心期望加速度、期望方位角、期望方位角速度、期望方位角加速度。

4.根據權利要求1所述的適用于機器人集群協同搬運的接觸力動態分配方法，其特征在于，S2中，所述實際運動狀態包括質心真實位置、質心真實速度、真實方位角和真實方位角速度。

5.根據權利要求1所述的適用于機器人集群協同搬運的接觸力動態分配方法，其特征在于，S3中，采用比例-微分控制方法計算出被搬運物體當前時刻所需的總控制力和總控制力矩。

6.根據權利要求1所述的適用于機器人集群協同搬運的接觸力動態分配方法，其特征在于，S3中，被搬運物體當前時刻所需的總控制力和總控制力矩均為兩部分的加權和，一部分為被搬運物體標稱運動軌跡的二階狀態量，另一部分為被搬運物體期望運動狀態量與真實運動狀態量間的誤差。

7.根據權利要求1所述的適用于機器人集群協同搬運的接觸力動態分配方法，其特征在于，S3中，被搬運物體所需的總控制力和總控制力矩表示為：

其中，m_b為被搬運物體的質量；J_b為被搬運物體在z方向相對于質心的轉動慣量；k_X、k_V、k_θ、k_ω為常值比例系數；為質心期望位置；為質心期望速度；為質心期望加速度；θ_bd(t)為期望方位角；ω_bd(t)為期望方位角速度；β_bd(t)為期望方位角加速度；為被搬運物體的質心真實位置，為質心真實速度，θ_b(t)為真實方位角，ω_b(t)為真實方位角速度。

8.根據權利要求1所述的適用于機器人集群協同搬運的接觸力動態分配方法，其特征在于，S4中，各移動機器人對所有移動機器人的正向接觸力增量解算均遵循所有移動機器人正向接觸力增量的合力與S3中被搬運物體所需的總控制力增量相等，所有移動機器人正向接觸力增量的合力矩與S3中被搬運物體所需的總控制力矩增量相等。