[发明专利]一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式控制系统

说明书

一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式控制系统，包括：机械臂操作台、整臂控制器、关节控制器、末端控制器和以太网交换机；机械臂操作台将人员的操作转化为机械臂运动控制命令，发送至整臂控制器；整臂控制器接收操作台生成的操作命令，生成运动控制指令，发送给关节控制器或末端控制器；关节控制器接收整臂控制器给出的运行命令，通过伺服控制策略，控制相对应的关节电机运转至期望的角度；末端控制器分别控制机械臂两侧的末端执行器，接收整臂控制器运动控制命令，控制电机完成末端相关动作控制；每个末端执行器上均安装有相机和力传感器；以太网交换机将相机采集到的视频图像进行汇集，并开展多路图像信息融合与处理，传送至舱内供监视。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种可肩腕互换爬行移动机械臂的分布式控制系统，用于对称结构式机械臂在肩腕可互换的情况下均能完成整臂多自由度控制和通信的情况。

背景技术

一般情况下，对于串联式机械臂而言，通常是一端基座固定，另一端配置末端执行器，固定端用于连接外界供电和通信，自由端用于运动操作。

现有技术中，上述串联式机械臂均是将机械臂控制器置于固定端，臂本体上为包括关节和末端执行器在内的执行机构。但对于空间航天器表面应用的机械臂而言，需要通过机械臂“爬行”首尾互换从而覆盖整个航天器表面的操作空间覆盖，因此需要一种适应该应用特征和场景的自适应控制系统，其对于空间机械臂的拓展应用至关重要。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可肩腕互换爬行移动机械臂的分布式控制系统，解决了机械臂对称分布式控制及首尾互换供电和通信的问题，对于在有限的机械臂长度条件下有效拓展机械臂工作空间具有重要意义。

本发明的技术方案是：一种支持肩腕互换可移动机械臂的分布式控制系统，包括：机械臂操作台、整臂控制器、关节控制器、末端控制器和以太网交换机；

机械臂操作台提供机械臂操作的人机接口，将人员的操作转化为机械臂运动控制命令，发送至整臂控制器；

整臂控制器接收操作台生成的操作命令，调用路径规划算法，生成运动控制指令，发送给关节控制器或末端控制器；

关节控制器接收整臂控制器给出的运行命令，通过伺服控制策略，控制相对应的关节电机运转至期望的角度，并保证关节运动精度；

末端控制器分布在机械臂两端，分别控制机械臂两侧的末端执行器，接收整臂控制器运动控制命令，控制电机完成末端相关动作控制；每个末端执行器上均安装有相机和力传感器；

以太网交换机将相机采集到的视频图像进行汇集，并开展多路图像信息融合与处理，传送至舱内供监视。

所述关节控制器包括肩回转关节控制器、肩偏航关节控制器、肩俯仰关节控制器、肘俯仰关节控制器、腕俯仰关节控制器、腕偏航关节控制器、腕回转关节控制器。

当整臂控制使用相机时，整臂控制器接收手眼相机的位姿测量数据，通过视觉闭环自主控制算法，生成整臂运动控制指令，并通过关节控制器控制关节电机完成相关动作；当整臂控制使用力传感器时，整臂控制器接收末端控制器产生的力传感测量数据，通过力控制算法，生成整臂力位混合运动控制指令，并通过关节控制器控制关节电机完成相关动作。

相机接收整臂控制器转发的控制命令，包括视频采集和位姿解算参数设置命令，获取运动监视图像；计算出目标位姿数据，传回整臂控制器；所述相机包括手眼相机、肘部相机。

机械臂所处的安装位置作为工作平台，为机械臂提供机械、配电、信息接口；在机械臂操作台的工作区域布点处设计机械臂配电的第一级控制；工作平台上的配电单元为机械臂提供两路供电母线和一路指令母线，每一路母线均在配电单元内单独进行通断控制，实现配电的第一级控制；机械臂操作台由配电单元单独控制。