[发明专利]一种一体化双7自由度机械臂全向移动机器人系统与控制方法有效

专利信息
申请号: 201811415101.X 申请日: 2018-11-23
公开(公告)号: CN109397244B 公开(公告)日: 2020-09-18
发明(设计)人: 彭刚;任振宇;廖金虎;陆泽早;王志濠;郑岳智 申请(专利权)人: 华中科技大学
主分类号: B25J5/00 分类号: B25J5/00;B25J9/02;B25J9/16
代理公司: 华中科技大学专利中心 42201 代理人: 廖盈春;曹葆青
地址: 430074 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
搜索关键词: 一种 一体化 自由度 机械 全向 移动 机器人 系统 控制 方法
【说明书】:

发明公开了一种一体化双7自由度机械臂全向移动机器人系统与控制方法;系统包含:全向移动运动底盘、升降柱、双7自由度机械臂、控制模块、电源模块。一体化双7自由度机械臂全向移动机器人控制方法采用分层结构,控制模块包括第二控制单元和第一控制单元,第二控制单元进行全向移动运动底盘、升降柱、双7自由度机械臂的实时控制,第一控制单元进行全向移动运动底盘路径规划、双7自由度机械臂路径规划的实时计算。本发明的一种一体化双7自由度机械臂全向移动机器人系统与控制方法具有更多的冗余自由度,运动柔性好,同时结合全向移动运动底盘,可以进行任意方向的移动,保证了机器人自主操作的灵活性,以及人机协同作业环境的适应性。

技术领域

本发明属于机器人技术领域,更具体地,涉及一种一体化双7自由度机械臂全向移动机器人系统与控制方法。

背景技术

随着人们对工业、医疗、服务水平要求的不断提高,迫切希望机器人能够更加的像人,具有双臂,并且能够和人协同作业。单个机械臂易受制于环境约束,一些任务,例如柔性物体的操作,单个机械臂难以完成,而采用2个独立的机械臂组成的机器人系统,由于不在同一个物理坐标系和控制系统空间下,协调难度较大,安装校准工作也非常耗时。同时,对于一些单个机械臂可以完成的工作,例如搬运形状不规则的刚性物体,则搬运难度较高,或者对机械臂末端的夹抓结构或负载能力要求较高,如果由双臂机器人完成,则可以降低搬运难度,并且效率更高。

一体化双臂机器人的左右臂不仅可以独立工作,对多目标进行操作与控制;也可以互相配合,例如螺帽与螺钉的装配,左臂抓取螺钉,右臂操作螺帽,左臂和右臂配合操作完成。因此,一体化双臂机器人更加灵巧,对环境的适应能力更强,也适用于人机协同作业,具有更好的应用价值。

同时,常见的机械臂具有6个自由度,在越来越多的人机协同作业场合下,无法满足更高的柔性和灵活性要求;具体地:6个自由度是具有完成空间定位(3个位置量、3个姿态角)能力的最小自由度数,而增加自由度可改善机器人相关的运动学和动力学特性。对于运动学特性方面,6个自由度机械臂可能存在奇异构型、关节位移超限以及工作环境中存在障碍三大问题,使得机械臂的运动受到较大的限制;对于动力学特性方面,6 个自由度机械臂存在关节力矩的分配可能很不合理的情况;在容错性方面,若6个自由度机械臂中有一关节失效,则机械臂便无法继续完成工作。

另一方面,机械臂也需要结合全向移动运动底盘,进行任意方向的移动,以充分保证机械臂自主操作时的移动灵活性,提高人机协同作业环境的适应性。

发明内容

针对现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种一体化双7自由度机械臂全向移动机器人系统与控制方法,旨在解决现有技术中单个6自由度机械臂无法满足更高的柔性和灵活性的要求、无法保证具有良好环境适应性的技术问题。

本发明提供了一种一体化双7自由度机械臂全向移动机器人系统,包括:全向移动运动底盘、升降柱、双7自由度机械臂和控制模块;所述全向移动运动底盘用于实现一体化双7自由度机械臂全向移动机器人的任意方向的运动以及原地任意角度旋转;所述升降柱用于通过调节机器人高度来增大机械臂的运动空间;所述双7自由度机械臂包括:7自由度机械左臂和7自由度机械右臂,用于改善机器人运动学和动力学特性满足更高的柔性和灵活性要求;所述控制模块包括:第一控制单元和第二控制单元,所述第二控制单元用于实现所述全向移动运动底盘、所述升降柱和所述双7 自由度机械臂的实时控制;所述第一控制单元用于实现所述全向移动运动底盘的路径规划以及所述双7自由度机械臂的路径规划的实时计算。

更进一步地,双7自由度机械臂全向移动机器人系统还包括:用于为全向移动运动底盘、升降柱、双7自由度机械臂和控制模块提供电源的电源模块。

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