[发明专利]弹丸取放特种机器人的建模与控制方法

说明书

本发明属于程序控制机械手技术，具体涉及一种弹丸取放特种机器人的建模与控制方法。该方法实现了对弹丸取放特种机器人的控制，使得机器人的取放弹丸动作精准可靠，其步骤是：1、坐标系确定；2、获取弹丸取放特种机器人的D‑H参数；3、通过D‑H参数利用齐次变换矩阵的方式进行坐标系变换，得到位置信息⁰T₅；4、得到运动学正解公式和运动学逆解公式并输入至上位机；5、上位机对弹丸取放特种机器人进行控制完成取放弹丸动作。

技术领域

本发明属于程序控制机械手技术，具体涉及一种弹丸取放特种机器人的建模与控制方法。

背景技术

目前我国车载武器系统的弹药是通过人工搬运的方法实现补给，存在士兵劳动强度大、武器作战射速低和作战机动性差等问题。建立机器人智能自动化补给系统，应用特种机器人进行弹药的自动化取放，可实现弹药的快速度补给和车载炮的快速战行转换，完成车载大口径炮弹机动灵活、短期、快速、密集弹群大规模杀伤的作战任务。

弹丸取放特种机器人属于车载武器系统配套的智能自动化补给系统的一部分，该机器人安装在弹药补给车上的伸缩平台上，补给车停至指定位置，做好战斗前准备，打开后车门，士兵手动拉出放置弹丸取放机器人的伸缩平台至指定位置，放下固定支撑，手动调节下部的可调支撑，使之与地面充分接触。伸缩平台上安装的位置传感器实时将伸缩平台伸出的长度发送给机器人，机器人根据车载控制系统的指令将不同型号的弹丸从补给车上的指定位置取出，然后放置到指定托盘中，完成弹丸的自动取放。

图1是弹丸取放特种机器人的结构原理图，由图可以看出该机器人共有5个运动轴且均采用串联的方式连接成一个整体，其中，第1运动轴、第3运动轴、第4运动轴和第5运动轴都为旋转轴、第2运动轴为上下平移轴。第1运动轴为起始输入轴，第5运动轴为最终执行弹丸取放动作的输出轴。

这种机器人的结构特殊，并且每次执行任务时伸缩平台拉出的长度是不固定的，机器人要调整自身的动作以适应这种变化，从而实现到指定的位置抓取或放置弹丸。现有的机器人控制方法无法适用于该机器人上，因此，急需一种控制方法来实现该弹丸取放特种机器人的要求。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明建立了弹丸取放特种机器人的运动学模型，该模型针对这种机器人的特殊结构形式并且包含了伸缩平台变化的信息，并求解出运动学的正解和逆解，从而实现了对弹丸取放特种机器人的控制，使得机器人的取放弹丸动作精准可靠。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种弹丸取放特种机器人的建模与控制方法，包括以下步骤：

1)获取弹丸取放特种机器人的运动学正解和运动学逆解；

1.1)分别建立弹丸取放特种机器人的五个运动轴的坐标系，记为OX_iY_iZ_i；i＝1～5，i代表当前运动轴；其中，Z_i轴为第i个运动轴的方向；X_i轴为沿Z_i-1轴和Z_i轴的共法线方向；Y_i轴通过右手定则确定；

定义基坐标系为OX₀Y₀Z₀；基坐标系的原点为安装弹丸取放特种机器人可伸缩平台与补给车的连接点在X₁轴的投影；基座标系OX₀Y₀Z₀的方向和弹丸取放特种机器人第1运动轴的坐标系OX₁Y₁Z₁的方向一致；