[发明专利]一种移动操作机器人倾翻稳定性判断方法及控制方法

说明书

本发明属于移动机器人控制领域，并具体公开了一种移动操作机器人倾翻稳定性判断方法及控制方法，包括如下步骤：以移动平台与地面的接触点按逆时针方向构成有向多边形凸包，以凸包的有向边长作为倾覆轴线；建立移动平台、操作臂、附件的坐标系；计算移动平台自身所受的力/力矩、操作臂及附件作用在移动平台的力/力矩；根据计算得到的各力和力矩计算各倾覆轴线的倾覆力矩；取所有倾覆轴线倾覆力矩中最大值TOM_max，并进行判断，若TOM_max≥0，则移动操作机器人不稳定发生倾覆，若TOM_max＜0，则移动操作机器人稳定不发生倾覆。本发明可直观、方便和有效地表达机器人的倾覆稳定性，具有操作便利、判断准确等优点。

技术领域

本发明属于移动机器人控制领域，更具体地，涉及一种移动操作机器人倾翻稳定性判断方法及控制方法。

背景技术

由于具有操作能力的移动操作机器人集成了移动平台和操作臂的优点，能够将操作臂的操作空间拓展至更大的范围，因而被广泛地应用于各个行业，如物流行业的运输和分拣、工业生产领域的装配和机器管理、服务行业的维护和清洁等。

然而，移动平台与操作臂结合，也会带来一系列新的问题。其中，以移动操作机器人的倾翻稳定性尤为重要，当操作臂在工作时，其所受的持续外力/力矩会直接作用于移动平台，从而导致机器人发生倾覆，进而发生危险。

目前，移动机器人常采用的稳定性判据主要有零力矩点(ZMP)、力-角稳定性度量(FAS)、足转动指标(FRI)等等。这些判别方法都以某种指标作为稳定性的度量，如ZMP和FRI方法中，是以地面上的一点作为标识，FAS方法则以力的矢量和特征直线两者之间的夹角作为标识，但这些方法并没有从导致倾覆的根源即倾覆力矩这个本质来定量描述，移动机器人仍然存在倾覆的可能性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种移动操作机器人倾翻稳定性判断方法及控制方法，其通过倾覆力矩实现倾覆稳定性判断，可直观、方便和有效地表达机器人的倾覆稳定性，具有操作便利、判断准确等优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种移动操作机器人倾翻稳定性判断方法，其包括如下步骤：

S1以移动操作机器人的移动平台与地面的接触点按逆时针方向构成有向多边形凸包，以该凸包的有向边长作为倾覆轴线；

S2以垂直倾覆轴线所围成的包络面的向上方向为Z向，以倾覆轴线方向为X向，通过右手定则分别建立移动平台、操作臂、附件的坐标系；

S3计算移动平台自身所受的力/力矩、操作臂作用在移动平台上的力/力矩以及附件作用在移动平台的力/力矩；

S4根据步骤S3计算得到的各力和力矩计算各倾覆轴线的倾覆力矩；

S5取所有倾覆力矩中的最大值TOM_max，并进行判断，若TOM_max≥0，则移动操作机器人不稳定发生倾覆，若TOM_max＜0，则移动操作机器人稳定不发生倾覆。

作为进一步优选的，移动平台坐标系采用如下方式建立：以移动平台中心在倾覆轴线所围成包络面上的投影为坐标原点O_M，以过点O_M且与倾覆轴线平行且方向一致的方向线为X_M轴，按照右手定则建立移动平台坐标系O_MX_MY_MZ_M。