[发明专利]一种移动机械臂分散集中自主切换控制方法

权利要求书

1.一种移动机械臂分散集中自主切换控制方法，其特征在于主要包括以下步骤：

A：对移动机械臂建立世界坐标系和车载坐标系，获取移动机械臂的当前位姿；移动机械臂的当前位姿是依靠平台上的传感装置和建立的坐标系确定的；世界坐标系用于确定移动机械臂在世界坐标中的位置；车载坐标系用于确定移动机械臂在行进过程中由传感器测量出的物体相对于移动机械臂的位置；

B：由A步骤获取的移动机械臂的当前位姿，分别搭建分散控制模式和集中控制模式下移动机械臂的运动学模型和动力学模型，并根据搭建的运动学模型和动力学模型进行轨迹规划；

当采用分散控制模式时，对机械臂和可移动平台分别进行控制，包括对可移动平台的路径规划，并利用D-H方法对机械臂建立运动学模型，进而对机械臂进行轨迹规划；当采用集中控制模式时，首先通过对机械结构和运动特性的分析，建立整体系统的运动学模型，然后利用拉格朗日力学法建立动力学模型，并在此模型基础上对机械臂和可移动平台进行协调控制，最后，采用人工势函数方法驱使移动机械臂系统完成运动规划任务；

C：设计出分散集中自主切换控制器并根据分散集中自主切换控制器目标函数取值决定是否进行控制模式切换，如给定的任务比较复杂，利用分散集中自主切换控制器，实现在分散控制模式和集中控制模式之间的切换，之后以切换后的控制模式对移动机械臂进行控制，并驱动移动机械臂运动，最终完成既定任务；如给定的任务比较简单，不需要通过分散集中自主切换控制器切换控制模式来实现，则按B步骤原定的分散控制模式或集中控制模式继续对移动机械臂进行控制，最终完成既定任务。

2.根据权利要求1所述的自主切换控制方法，其特征在于：C步骤中所述的分散集中控制自主切换控制器是以数据测试的方法对已获得的外部提取信息值进行反馈、修正和优化，同时以机械臂辅助状态变量X_a，动力学变量ξ_a，机械臂末端执行器约束函数C_a，建立分散控制优化模型为f_a(X)=f_a(X_a,ξ_a,C_a)；以移动平台辅助状态变量X_c，协同控制设计变量ξ_c，移动平台约束函数C_c，建立集中控制优化模型为f_c(X)=f_c(X_c,ξ_c,C_c)；

然后，利用可变优先级与包容式结构算法，建立分散集中控制多目标优化函数：minf(X)=min[f_a(X),f_c(X)]，根据分散集中控制多目标优化函数取值来决定是否进行控制模式的切换。

3.根据权利要求2所述的自主切换控制方法，其特征在于：C步骤中，如之前的B步骤中为分散控制模式，则在分散集中控制多目标优化函数minf(X)取值为f_a(X)时，保持原分散控制模式，在minf(X)取值为f_c(X)时，切换到集中控制模式。

4.根据权利要求1-3之一所述的自主切换控制方法，其特征在于：B步骤采用当采用集中控制模式时所涉及的协调控制为：利用移动机械臂和可移动平台的动力学系统的界函数构造滑模控制器，通过滑模控制器将一个给定的任务分解成机械臂的操作和移动平台的移动，从而实现对移动机械臂的动作控制。

5.根据权利要求1-3之一所述的自主切换控制方法，其特征在于：B步骤中，分散控制模式是把机械臂和可移动平台当作两个子系统，分别加以控制；当采用分散控制模式时，如果给定任务的涉及空间范围在机械臂所能到达的空间范围内，则可移动平台不动，仅对机械臂进行相应的轨迹规划，即首先对机械臂建立坐标系，建立相应的关节和连杆参数表，根据D-H法求出各连杆坐标系之间的齐次变换矩阵，由此得出机械臂的运动学方程，进而对机械臂进行轨迹规划；如果给定任务的涉及空间范围在机械臂所能到达的空间范围以外，则首先需对可移动平台进行路径规划，到达相应的空间之后，再对机械臂进行轨迹规划。