[發(fā)明專利]多移動(dòng)機(jī)械手協(xié)同搬運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與分布式控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110483103.8
• 申請(qǐng)日: 2021-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN113172627B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯奇榮;徐鵬杰;張敬濤;崔遠(yuǎn)哲;張琨;朱維;鐘樓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

本發(fā)明涉及一種多移動(dòng)機(jī)械手協(xié)同搬運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法，包括以下步驟：定義關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和坐標(biāo)系；運(yùn)用運(yùn)動(dòng)鏈描述相鄰關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間的位姿變換、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在坐標(biāo)系內(nèi)的位姿以及坐標(biāo)系之間的位姿關(guān)系；之后得到非鄰居節(jié)點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)鏈，對(duì)非鄰居節(jié)點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)鏈進(jìn)行非線性映射，獲得多移動(dòng)機(jī)械手協(xié)同搬運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。此外，還提供了一種多移動(dòng)機(jī)械手協(xié)同搬運(yùn)系統(tǒng)分布式控制方法。上述多移動(dòng)機(jī)械手協(xié)同搬運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與分布式控制方法，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)整體分析和建模，降低了系統(tǒng)計(jì)算負(fù)擔(dān)，提高了系統(tǒng)魯棒性和抗毀性，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和均衡各移動(dòng)機(jī)械手間的載荷分配。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多智能控制領(lǐng)域，特別是涉及一種多移動(dòng)機(jī)械手協(xié)同搬運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與分布式控制方法。

背景技術(shù)

在工業(yè)自動(dòng)化、物流以及軍事領(lǐng)域，固定基座機(jī)械臂越來越無法滿足大范圍工作空間的需要，移動(dòng)機(jī)械手因其移動(dòng)平臺(tái)靈活性和移動(dòng)機(jī)械手可操作性而受到廣泛關(guān)注。例如，當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用大多是每個(gè)工位以機(jī)器人獨(dú)立工作為主，此類機(jī)器人只能適應(yīng)特定的產(chǎn)品和工作環(huán)境，并且依賴于所提供的專用設(shè)備和工裝夾具。然而，對(duì)于許多任務(wù)而言，這種獨(dú)立工作的機(jī)器人操作是不夠的。為了適應(yīng)任務(wù)復(fù)雜性、操作智能性以及系統(tǒng)柔順性的要求，需要拓展為多移動(dòng)機(jī)械手智能協(xié)同作業(yè)。在救災(zāi)、輸送設(shè)備、勘察、救援等領(lǐng)域，同樣需要多移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)完成單體機(jī)器人難以勝任的協(xié)同操作任務(wù)。

多移動(dòng)機(jī)械手協(xié)同操作具有靈活性、操作性、負(fù)載大等優(yōu)勢(shì)，但應(yīng)用過程中仍存在以下問題，從建模方法上來看，由于移動(dòng)機(jī)械手具有很強(qiáng)的冗余性，多移動(dòng)機(jī)械手協(xié)同過程中會(huì)產(chǎn)生更多冗余自由度和復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)約束，采用傳統(tǒng)建模方式，無法有效建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)表達(dá)，不能保證多移動(dòng)機(jī)械手協(xié)同操作的一致性與穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對(duì)傳統(tǒng)的建模方法無法有效建立運(yùn)動(dòng)學(xué)表達(dá)，不能保證多移動(dòng)機(jī)械手協(xié)同操作的一致性與穩(wěn)定性問題，提供一種多移動(dòng)機(jī)械手協(xié)同搬運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與分布式控制方法。

一種多移動(dòng)機(jī)械手協(xié)同搬運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法，所述移動(dòng)機(jī)械手包括移動(dòng)平臺(tái)與設(shè)置在所述移動(dòng)平臺(tái)上的機(jī)械臂，所述機(jī)械臂具有至少一個(gè)機(jī)械臂關(guān)節(jié)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法包括以下步驟：

定義關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和坐標(biāo)系；其中，所述關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)包括表示被搬運(yùn)物體質(zhì)心的上虛節(jié)點(diǎn)n_v,s、表示所述移動(dòng)機(jī)械手抓取點(diǎn)的上實(shí)節(jié)點(diǎn)n_r,si、表示多個(gè)移動(dòng)平臺(tái)組成編隊(duì)幾何中心點(diǎn)的下虛節(jié)點(diǎn)n_v,o與表示移動(dòng)平臺(tái)幾何中心的下實(shí)節(jié)點(diǎn)n_r,ci；所述坐標(biāo)系包括工作空間坐標(biāo)系∑g、上虛節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系∑s、下虛節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系∑o，上實(shí)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系∑si和下實(shí)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系∑ci；

運(yùn)用運(yùn)動(dòng)鏈描述所述相鄰關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間的位姿變換、所述相鄰關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在所述坐標(biāo)系內(nèi)的位姿以及所述坐標(biāo)系之間的位姿關(guān)系；

根據(jù)所述相鄰關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)鏈定義非鄰居節(jié)點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)鏈；

對(duì)所述非鄰居節(jié)點(diǎn)間運(yùn)動(dòng)鏈進(jìn)行非線性映射，獲得多移動(dòng)機(jī)械手協(xié)同搬運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

進(jìn)一步的，所述運(yùn)用運(yùn)動(dòng)鏈描述所述相鄰關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間的位姿變換、所述相鄰關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)在所述坐標(biāo)系內(nèi)的位姿以及所述坐標(biāo)系之間的位姿關(guān)系的步驟包括以下步驟：

運(yùn)用運(yùn)動(dòng)鏈描述上虛節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系∑s在工作空間坐標(biāo)系∑g中的位姿關(guān)系；用齊次坐標(biāo)變換矩陣描述運(yùn)動(dòng)鏈即

其中，