[发明专利]基于混联机构的移动机械手作业平稳性控制方法及设备

说明书

本发明公开了一种基于混联机构的移动机械手作业平稳性控制方法，所采用的系统包括移动平台、并联承载装置、机械手、监测系统、运动控制系统和稳定性控制器，同时包括作业对象精确定位、输入初始作业轨迹、系统稳定性监控等步骤。本发明能够综合并联机构和串联机构的双重优点，提高了系统的刚度、工作空间、结构稳定性和作业灵活性；通过实时检测机械手执行作业任务的过程中移动平台的姿态信息和载荷信息，判定系统的稳定性，并根据检测结果进行反馈控制，调整并联承载装置的姿态，同时规划出机械手的最优运动轨迹，实现系统作业平稳性的有效控制。

技术领域

本发明涉及移动机器人领域，尤其涉及一种基于混联机构的移动机械手作业平稳性控制方法及设备。

背景技术

突出尤其是大型表面轮廓、复杂多类型的零部件作业难度

机械手被广泛应用到生产加工、服务运输等各个领域，具有工作效率高、重复精度好、功能强大等优点。然而，固定在操作台上的机械手，由于其工作空间十分有限，极大地制约了机械手功能的拓展。移动机器人是一种具有高度自规划、自组织、自适应能力，适合在复杂的非结构化环境中工作，集环境感知、动态决策与规划、运动控制与执行等多种功能为一体，相对固定式机器人和机械手，其应用范围和功能都大为拓展和提高，在军事、民用和科学研究中得到广泛应用，包括航天、海洋、军事、建筑、医疗护理、农林、商业服务和灾害救护等，是机器人研究中的重要领域。

移动机械手是将机械手安装在移动机器人上，集成了移动平台和机械手两个子系统，这种结构使其拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性，同时具有移动和操作功能，使其能够在更短的时间内，以更优的位姿完成更大范围内的任务，优于传统的机械手和移动机器人。文章《带有机械臂的全方位移动机器人的研制》采用全方位移动机构设计了一种全方位移动机械臂，但是其刚度和稳定性较低。专利CN201510206946.8公开了一种重载搬运装配移动机器人，采用移动平台和Stewart 并联平台，实现系统的搬运、装配作业，但是其系统的工作空间和作业灵活性明显受到限制。专利CN201110169879.9公开了一种轮式移动机器人的变结构控制方法，主要用于轮式移动机器人的行走控制，专利CN201410383875.4公开了一种用于多台移动机器人导航控制的系统和方法，主要对移动平台进行最短路径规划，专利CN201610520620.7公开了一种轮履复合移动机器人的控制系统及方法，实现高效选择移动方式的问题。可以看出，现有技术中移动机械手的移动平台多是作为运动载体，其上搭载的机械手臂通常采用串联关节臂，这存在以下问题：单纯的基于串联机构的移动机械手，整体系统的刚度和稳定性较低，难以完成高强度的搬运作业以及大负载作业任务，尤其是在负载变化或执行大负载抓取以及重载搬运作业时极易导致失稳，而此时仅仅具有运动载体功能的移动平台难以进行有效的反馈控制和位姿调整予以及时纠正控制，因而容易造成整车倾覆事故，影响移动机械手的高效稳定作业，增加了作业失败的可能性，而系统作业的平稳性对移动机械手执行大负载抓取等作业任务尤为重要，而现有关于移动机器人的控制策略多是针对运动控制，对系统作业平稳性的控制还较少涉及。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于混联机构的移动机械手及其作业平稳性控制方法，基于并联机构和串联机构的优点，发明一种具有刚度高、工作空间大、结构稳定、作业灵活、能够根据作业环境和负载变化进行姿态调整的新型移动机械手，同时提供一种作业平稳性控制方法对其作业平稳性进行有效控制。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

基于混联机构的移动机械手的作业平稳性控制方法，所述混联机构的移动机械手，包括移动平台1、并联承载装置3、机械手2，并联承载装置3、监测系统4、运动控制系统5和稳定性控制器6。监测系统4用以检测移动平台1的姿态和载荷信息。移动机械手需要对作业对象7进行操作。按以下步骤执行：

步骤1：作业对象精确定位：

1.1对基于混联机构的移动机械手进行粗定位：将移动平台1运动到作业对象7附近位置。