[发明专利]一种移动作业机械臂末端施力控制方法及系统

说明书

本发明属于机器人控制技术领域，提供了一种移动作业机械臂末端施力控制方法及系统，本发明中将移动作业机械臂的总期望运动轨迹分解为移动底盘期望运动轨迹和机械臂期望运动轨迹，通过对期望运动与运动轨迹参数库中预设工作空间的对比来判断是否将期望运动转移到移动底盘上进行控制，考虑了移动底盘和机械臂的交互条件；同时，在完成械臂末端执行器期望运动的第一控制目标前提下，先通过笛卡尔空间控制调整机械臂末端执行器位置，再通过零空间控制机械臂的方向，改善了机械臂的方向可操作性，完成升机械臂施力能力的第二控制目标，提高了机械臂末端的施力能力，以及提高了机械臂末端的跟踪精度。

技术领域

本发明属于机器人控制技术领域，尤其涉及一种移动作业机械臂末端施力控制方法及系统。

背景技术

移动机械臂具备灵活的机动性能和良好的操作性能，目前已经在许多应用领域中得到应用，包括家庭服务、特种救灾和物流配送等方面。移动机械臂的移动底盘与六自由度机械臂的集成可以有效提高其作业空间，并为其提供更多自由度。

但是这种底盘与机械臂的集成也带来了新的困难。首先，移动底盘与机械臂的模型与交互环境不同，底盘通常处在具有复杂动力学的非结构化环境中，机械臂则通常处于自由接触环境中；其次，由于底盘与机械臂的结合，移动机械臂实际上是一个运动学冗余系统，就会造成冗余系统的自由度比执行任务所需自由度多，增加了对控制的要求。

发明人发现，目前的研究大都将底盘视作机械臂的附加机构，而没有考虑它们之间在动力学和交互环境方面的固有差异；由于移动底盘的定位精度通常较低，此类方法导致机械臂末端跟踪误差较大；关于提高控制精度的研究大多是在动态控制的背景下进行的，采用了复杂的控制策略，难以保证系统的稳定性；除了轨迹规划，移动机械臂经常用于处理高负载任务，在这些任务中移动机械臂必须对其环境施加较大的力，而目前的研究对于机械臂末端施力控制仅仅是在零空间中进行的，没有考虑在笛卡尔空间中的任何优化以获得更好的施力能力/可操作性。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种移动作业机械臂末端施力控制方法及系统，提高了机械臂末端的施力能力，以及提高了机械臂末端的跟踪精度。

第一方面，本发明提供了一种移动作业机械臂末端施力控制方法，包括：

将移动作业机械臂的总期望运动分解为移动底盘期望运动和机械臂期望运动；

获取机械臂的构型，从预存的运动参数库中获取与所述构型对应的运动参数和工作空间；

若机械臂期望运动超出运动参数或工作空间，则将总期望运动转移到移动底盘上，完成控制机械臂末端执行器期望运动的第一控制目标；

在完成械臂末端执行器期望运动的第一控制目标前提下，先通过笛卡尔空间控制调整机械臂末端执行器的位置，再通过零空间控制机械臂的方向，完成控制机械臂末端执行器期望施力能力的第二控制目标。

进一步的，通过加权矩阵将移动作业机械臂的总期望运动进行分解；移动作业机械臂的总期望运动为移动机械臂系统速度，包括机械臂关节速度和移动底盘笛卡尔速度。

进一步的，械臂末端执行器期望运动的第一控制目标为期望的械臂末端执行器的速度。

进一步的，当期望的工作空间或期望速度要求超过机械臂的限制时，启动移动底盘。

进一步的，当机械臂在允许的速度范围内时，不将运动传递给移动底盘，当机械臂超过速度极限时，将分解部分的机械臂期望运动轨迹传递给移动底盘，移动底盘独自承担期望运动要求。

进一步的，获取与所述构型对应的运动参数和工作空间后，在笛卡尔空间和零空间中增强机械臂的方向可操作性；增强机械臂的方向可操作性时，最大化机械臂与奇异点的距离，机械臂使用最小的关节速度生成期望的机械臂末端执行器速度；

获取机械臂的构型为增强方向可操作性后的构型。