[发明专利]全液压自主移动机械臂及其动作方法

权利要求书

1.一种全液压自主移动机械臂，其特征在于，包括全方位移动平台，所述全方位移动平台上设置有双机械臂、动力系统、视觉系统、以及感知与控制系统，其中：

所述全方位移动平台上设置有回转腰身装置，所述双机械臂通过所述回转腰身装置设置在所述全方位移动平台上，所述双机械臂为具有多自由度的仿人双臂结构；

所述动力系统采用发动机-液压驱动模式；

所述视觉系统包括导航相机、大视场伺服相机和手眼相机；

所述感知与控制系统包括关节力传感器、关节位置传感器和六维力传感器，所述关节力传感器和关节位置传感器设置在所述双机械臂的各关节处，所述六维力传感器设置在所述双机械臂的每条机械臂的末端。

2.根据权利要求1所述的全液压自主移动机械臂，其特征在于，所述双机械臂的每条机械臂具有6个旋转关节，各旋转关节均由摆动油缸或液压马达驱动，所述回转腰身装置由液压马达驱动；所有液压马达均采用电液伺服阀控制。

3.根据权利要求1所述的全液压自主移动机械臂，其特征在于，所述导航相机为2台彩色单目导航相机，分别设置在所述全方位移动平台的前后两端，所述大视场伺服相机设置在所述回转腰身装置的上方，所述手眼相机为2台彩色立体手眼相机，分别设置在所述双机械臂的每条机械臂的末端。

4.根据权利要求1的全液压自主移动机械臂，其特征在于，所述动力系统采用以燃气为能源的机载发动机提供动力，所述全方位移动平台的四周安装有用于探测障碍物的超声波传感器和广角相机。

5.根据权利要求1所述的全液压自主移动机械臂，其特征在于，所述感知与控制系统还包括用于探测所述全方位移动平台的姿态、角速度和加速度的垂直陀螺仪组件、以及用于探测所述全方位移动平台的车轮转速的轮速传感器。

6.根据权利要求1至5中任一所述的全液压自主移动机械臂，其特征在于，所述双机械臂的控制器的带宽大于所述全方位移动平台的控制器的带宽。

7.权利要求1所述的全液压自主移动机械臂的动作方法，其特征在于，所述全液压自主移动机械臂具有第一动作模式，在所述第一动作模式下所述全方位移动平台运动、所述双机械臂静止，所述第一动作模式对应的动作方法包括：

步骤(1)：对所跟踪的路径使用非完整约束条件进行规划；

步骤(2)：根据所述步骤(1)规划的路径，设定所述全方位移动平台的运动模式，所述运动模式包括Ackerman转向、双Ackerman转向或车轮同向运动模式；

步骤(3)：测量所述全方位移动平台的航向、位置和速度偏差；

步骤(4)：基于非完整全方位移动平台运动学模型，使用自抗扰控制(ADRC)方法计算所述全方位移动平台所需的转角和转速控制量；

步骤(5)：使用自抗扰控制方法实现所述全方位移动平台的转角和转速的底层控制。

8.权利要求1所述的全液压自主移动机械臂的动作方法，其特征在于，所述全液压自主移动机械臂还具有第二动作模式，在所述第二动作模式下所述全方位移动平台静止、所述双机械臂运动，所述第二动作模式对应的动作方法包括：

步骤(1)：所述导航相机引导所述全方位移动平台以指定位姿进入作业工位，并制动、锁紧；

步骤(2)：所述大视场伺服相机搜索工件，引导所述双机械臂趋近工件；

步骤(3)：当所述双机械臂的末端到达工件附近一定距离、工件进入所述手眼相机的视场范围内时，执行步骤(4)，否则执行所述步骤(2)；

步骤(4)：所述双机械臂在所述大视场伺服相机的监控下，并在所述手眼相机的引导和视觉伺服控制器的控制下执行作业任务，如果工件脱离所述手眼相机的视场范围时，执行所述步骤(2)，将所述双机械臂再次引导回工件附近。

9.根据权利要求8所述的全液压自主移动机械臂的动作方法，其特征在于，选定原点在所述全方位移动平台的质心处、与世界坐标系平行的坐标系作为所述双机械臂和所述大视场伺服相机的冻结世界坐标系，该冻结世界坐标系与所述全方位移动平台一起运动。

10.权利要求1所述的全液压自主移动机械臂的动作方法，其特征在于，所述全液压自主移动机械臂还具有第三动作模式，在所述第三动作模式下所述全方位移动平台运动、所述双机械臂运动，所述第三动作模式对应的动作方法包括：

步骤(1)：所述导航相机引导所述全方位移动平台移动至运动目标路径附近；

步骤(2)：所述大视场伺服相机搜索、监视运动目标的出现，运动目标一旦出现，所述大视场伺服相机对运动目标进行识别，若运动目标为待抓取的目标，则估计运动目标相对所述全方位移动平台的距离，否则继续搜索；

步骤(3)：将待抓取的运动目标的位置提供给所述双移动机械臂的控制系统，利用所述大视场伺服相机引导所述全方位移动平台向待抓取的运动目标运动，同时控制所述双移动机械臂朝向待抓取的运动目标运动，直至待抓取的运动目标完全处于所述双机械臂的任务空间内并有一定裕量时，控制所述全方位移动平台与待抓取的运动目标同步；

步骤(4)：所述大视场伺服相机引导所述双机械臂的末端趋近待抓取的运动目标，直至待抓取的运动目标处于所述手眼相机的视场内；

步骤(5)：在所述大视场伺服相机的监控下，利用所述手眼相机引导所述双机械臂对工件进行抓取。