[发明专利]全液压自主移动机械臂及其动作方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，特别是指一种全液压自主移动机械臂及其动作方法。

背景技术

过去30年，我国制造业在低成本劳动力优势下获得了快速发展和长足进步，成为了世界制造大国。但是，进入21世纪第二个10年以来，劳动力成本急剧上升，以80后、90后为主的劳动力人口对从事单调重复、工作环境差的产业工作的兴趣明显下降，制造业以机器人替代人工的诉求不断得到激发。

移动机械臂具有巨大的市场潜力，以轮胎制造业为例，我国轮胎产量约占全世界的50％，但硫化生产工艺中胎坯的运输、入库储存和成品轮胎在输送线上的拣选等工作还需要人工完成，胎坯到硫化机上的柔性安装也大量依靠人工，不仅劳动强度大，而且车间内硫化污染严重，对工人的职业健康造成了很大危害，致使轮胎企业大量出现用工荒，企业对移动机械臂的需求量在3000台左右，市场容量在50亿元左右；机械加工(锻件的夹持锻打，焊件的夹持焊接，大质量零部件的装配、拣选、运输等)、大型危险品及弹药作业、工程与市政施工等行业企业对液压驱动移动机械臂也有大量需求，市场总容量在200亿元以上。

液压驱动的大负载自主移动机械臂结合了移动机器人平台和机械臂的特点，同时具有自主移动和操作功能，使机械臂拥有了高度的运动冗余性和更大的工作空间，能在更短的时间内以更优的位姿完成更大范围内的任务，可以移动作业的形式广泛用于工件的装配、拣选、搬运，锻压件的锻打夹持和搬运，焊接件的夹持焊接，实现生产过程的自动化、高效化，代替人工完成环境恶劣、劳动强度大的工作，为工人职业健康水平的显著改善提供有力保障。

因此，针对较大型工件的装配、锻压件的锻打夹持和搬运、焊接件的夹持焊接，有必要研制一种能够满足该需求的全液压自主移动机械臂及其动作方法。

发明内容

本发明提供一种能够满足大质量工件大范围移动作业需求的全液压自主移动机械臂及其动作方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种全液压自主移动机械臂，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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采用悬挂-驱动内置的液压主动轮，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

一种全液压自主移动机械臂的动作方法，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。