[發明專利]多移動機械手協同搬運系統運動學建模與分布式控制方法

有效

• 申請號: 202110483103.8
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113172627B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 湯奇榮;徐鵬杰;張敬濤;崔遠哲;張琨;朱維;鐘樓
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

1.一種多移動機械手協同搬運系統運動學建模方法，所述移動機械手包括移動平臺與設置在所述移動平臺上的機械臂，所述機械臂具有至少一個機械臂關節，其特征在于，所述運動學建模方法包括以下步驟：

定義關鍵節點和坐標系；其中，所述關鍵節點包括表示被搬運物體質心的上虛節點、表示所述移動機械手抓取點的上實節點、表示多個移動平臺組成編隊幾何中心點的下虛節點與表示移動平臺幾何中心的下實節點；所述坐標系包括工作空間坐標系、上虛節點坐標系、下虛節點坐標系，上實節點坐標系和下實節點坐標系；

運用運動鏈描述相鄰關鍵節點之間的位姿變換、所述相鄰關鍵節點在所述坐標系內的位姿以及所述坐標系之間的位姿關系；

根據所述相鄰關鍵節點間運動鏈定義非鄰居節點間運動鏈；

對所述非鄰居節點間運動鏈進行非線性映射，獲得多移動機械手協同搬運系統運動學模型。

2.根據權利要求1所述的多移動機械手協同搬運系統運動學建模方法，其特征在于，所述運用運動鏈描述所述相鄰關鍵節點之間的位姿變換、所述相鄰關鍵節點在所述坐標系內的位姿以及所述坐標系之間的位姿關系的步驟包括以下步驟：

運用運動鏈描述上虛節點坐標系在工作空間坐標系中的位姿關系；用齊次坐標變換矩陣描述運動鏈，即

，

其中，，

,

, ，

式中，分別為上虛節點沿工作空間坐標系的、軸位移，、、分別為上虛節點坐標系繞工作空間坐標系的、、軸旋轉角度，為平移式，為旋轉式，為平移參數，為旋轉參數；

運用運動鏈描述下虛節點坐標系在上虛節點坐標系中的位姿關系，即

，

式中，、、分別為下虛節點沿、、軸的位移，、、分別為下虛節點坐標系的、、軸分別繞、、軸的旋轉角度；

運用運動鏈描述下虛節點與各下實節點間的位姿變換；即

，

式中，、、分別為下實節點在、、軸上的位移，、、分別為下實節點坐標系的的、、軸分別繞、軸的旋轉角度；

運用運動鏈描述各上實節點在上虛節點坐標系中的位姿關系，即

，

式中，、、分別為上實節點在、、軸上的位移，、、分別為上實節點繞、、軸的旋轉角度。

3.根據權利要求1所述的多移動機械手協同搬運系統運動學建模方法，其特征在于，所述定義非鄰居節點間運動鏈的步驟包括以下步驟：

運用運動鏈描述下實節點在工作空間坐標系內的位姿關系，即

，

運用運動鏈描述上實節點在下實節點內的位姿關系，即

所述對所述非鄰居節點間運動鏈進行非線性映射，獲得多移動機器人協同搬運系統運動學模型的步驟包括以下步驟：

對運動鏈進行所述移動平臺關節空間內非線性映射，得到移動平臺運動學模型；

對運動鏈進行所述機械臂關節空間內非線性映射獲得機械臂運動學模型；

將所述移動平臺運動學模型與所述機械臂運動學模型結合，獲得移動機械手運動學模型；

將各移動機械手運動學模型統一描述，獲得多移動機械手協同搬運系統運動學模型。

4.根據權利要求3所述的多移動機械手協同搬運系統運動學建模方法，

其特征在于：所述移動平臺為后輪驅動差速系統，所述的運動鏈到所述移動平臺關節空間內非線性映射為：

，

其中，，

式中，，為移動平臺的驅動輪參數，為移動平臺的任務空間期望速度，為驅動輪半徑，為驅動輪之間距離；

所述機械臂為6自由度串聯機械臂，所述對運動鏈進行所述機械臂關節空間內非線性映射的步驟包括以下步驟：

輸入初始關節角,和相對期望末端軌跡，，

計算6自由度串聯機械臂齊次變換矩陣，

計算6自由度串聯機械臂雅克比矩陣，

根據式計算機械臂當前末端位姿，

定義迭代誤差=，

迭代誤差與期望閥值比較，利用下式進行迭代：

，

對迭代結果進行機械臂關節空間賦值：

。