[发明专利]一种冗余自由度液压重载机器臂主动安全系统

权利要求书

1.一种冗余自由度液压重载机器臂主动安全系统，其特征在于，包括传感器系统模块、控制系统模块、驱动动力模块、执行机构模块、云端服务器模块及主动安全模块；其中，

所述传感器系统模块用于实时采集系统状态和作业环境信息并反馈给所述控制系统模块；

所述控制系统模块用于接收所述传感器系统模块的反馈信息，并根据作业任务规划作业路径，向所述驱动动力模块发出控制指令，协调完成作业任务；

所述驱动动力模块用于接收所述控制指令，并将所述控制指令转化为驱动指令，为所述执行机构模块提供作业的动力；

所述执行机构模块用于根据所述驱动指令，按规定的动作顺序完成作业任务；

所述云端服务器模块用于配置机械臂控制系统策略，记录作业过程日志并存储，为用户提供远端可视化功能；

所述主动安全模块用于检测来自网络域、物理域的入侵攻击，发掘潜在安全隐患，保证网络和本地设备安全可靠运行；

所述控制系统模块为ROS控制系统模块，运行在Linux系统下，包括ROS界面、ROS层、Moveit层、ROS应用层、ROS配置层、ROS接口层、ROS信息传输层和ROS控制层；

所述控制系统模块包括Descartes规划器、Trac-IK逆解器、动态运动基元和信号IO处理单元；

所述Descartes规划器用于液压重载机械臂作业任务路径规划，包括关节轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划，或者两种组合成为混合轨迹规划；

所述Trac-IK逆解器用于将作业目标点位姿转化到机械臂系统坐标系，并逆解各个关节需要运动的位移和速度；

所述动态运动基元用于提高机械臂运动轨迹的流畅性和平滑性，防止作业卡顿、停滞和较大幅度震动；

所述信号IO处理单元用于接收所述传感器系统模块、所述驱动动力模块、所述主动安全模块的信号，并将处理后的控制指令、日志记录、系统状态传输给相应接收模块；

其中，Descartes规划器首先获取笛卡尔空间轨迹点，根据误差范围进行选择性采样得到多个笛卡尔空间点，基于Trac-IK逆解器得到各关节运动规划情况并转化为有向图，随后计算边界成本，选择ROS系统提供的算法求解最优解，若无解则重新进行逆解计算直到得到最优解；

动态运动基元的数学模型如下：

其中

α_x为系统参数；h_i为基函数的方差；i为基函数数目，f为强迫函数；ψ为基函数；ω为基函数权重；x为系统自变量，是关于时间t的函数；g为学习轨迹目标值；y₀为学习轨迹起始值；

所述主动安全模块，包括网络域安全子模块、物理域安全子模块和作业安全子模块；

所述网络域安全子模块用于检测来自网络域的攻击，包括数据注入、拒绝服务、窃听、中间人攻击，保证信息安全；

所述物理域安全子模块用于检测来自物理域的安全状态，包括设备状态、运行时间、本地文件安全和通信，保证设备安全；

所述作业安全子模块，用于检测系统存在的安全隐患，建立作业安全数据集，从系统级和单元级分析运行数据，避免碰撞，保证作业安全。

2.根据权利要求1所述的冗余自由度液压重载机器臂主动安全系统，其特征在于，所述信号IO处理单元包括TF6100、TF6310、TF6340软件接口，支持RS232/422/485、USB2.0/3.0、RJ45协议通信。

3.根据权利要求1所述的冗余自由度液压重载机器臂主动安全系统，其特征在于，所述驱动动力模块包括驱动装置和多个液压马达；

所述驱动装置用于将所述控制系统模块的控制指令分解为关节机械臂转矩和转速的驱动指令，并将所述驱动指令传输给所述液压马达；

所述液压马达用于将所述驱动指令转化为实际的力和转速，驱动所述执行机构模块运行。

4.根据权利要求1所述的冗余自由度液压重载机器臂主动安全系统，其特征在于，所述执行机构模块包括机械臂本体和机械臂移动底座；

所述机械臂本体包括机械臂关节和抓具，用于按步骤执行作业任务，完成路径规划的作业目标；

所述机械臂移动底座，用于支撑所述机械臂本体，为所述机械臂本体提供控制平台并扩大作业范围。