[发明专利]一种复杂环境下的刚柔耦合机器人状态测量与控制系统、装置和方法

说明书

本发明公开了一种复杂环境下的刚柔耦合机器人状态测量与控制系统、装置和方法。该系统设置有在可升降支架上设置上端设备安装结构和下端设备安装结构，用于放置多个传感器，通过多种测量设备实现了刚柔耦合机器人的位置及姿态信息测量，模拟了复杂干扰对刚柔耦合机器人运动状态的影响；装置依据刚柔耦合机器人的状态测量与控制的差异设计控制端，可验证刚柔耦合机器人的自主稳定及自主机动技术；本发明设计实验方法有利于任务数据的整理与分析，为进一步技术研究提供依据。本装置满足多种任务需求，具有很强的灵活性，可针对刚柔耦合机器人自主稳定控制、自主机动控制技术开展相应实施方案。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种复杂环境下的刚柔耦合机器人状态测量与控制装置。

背景技术

随着机器人领域技术的发展，刚柔耦合机器人被广泛应用于航天及航空相关领域。例如，空间在轨服务及作战中广泛应用的空间飞爪刚柔耦合机器人具有灵活、安全、燃料消耗低等特点，可以进行失效卫星救助、太空垃圾清理、辅助变轨、敌方航天器攻击等操作；用于无人机自主空中加油技术的软管-锥套刚柔耦合机器人具有一对多加油的能力及更大的灵活性，对提高未来无人机作战能力、作战航程、作战半径有着至关重要的作用。但由于任务执行过程中，刚柔耦合机器人多处于复杂环境，对内外干扰非常敏感。单纯的动力学建模及仿真研究无法真实反映任务过程中刚柔耦合机器人的运动状态。

因此建立一种复杂环境作用下的刚柔耦合机器人状态测量与控制装置，用以测量刚柔耦合机器人状态并验证控制技术，为进一步开展相关技术研究作基础是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种复杂环境下的刚柔耦合机器人状态测量与控制系统、装置和方法，以解决现有技术中刚柔耦合机器人缺少相对应的测量实验装置的问题，该系统能够模拟刚柔耦合机器人执行任务过程，反映任务过程中刚柔耦合机器人的运动状态，可验证具有自主稳定及自主机动等功能的刚柔耦合机器人技术，利于更好地研究刚柔耦合机器人相关应用技术。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种复杂环境下的刚柔耦合机器人状态测量与控制系统，包括可升降支架，可升降支架的上端设置有上端设备安装结构，上端设备安装结构中安装有张力传感器和摆角测量装置；可升降支架的下端设置有下端设备安装结构，下端设备安装结构中安装有单目相机、下位机和电源；

所述张力传感器和摆角测量装置同时连接有橡胶软管的一端，橡胶软管的另一端连接有机器人；所述机器人中设置有姿态传感器和电机；

所述下位机连接有上位机；

所述摆角测量装置通过下位机和上位机连接，所述张力传感器和上位机连接，所述单目相机和上位机连接。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述上端设备安装结构中设置有张力传感器固定板，张力传感器设置在张力传感器固定板中，张力传感器固定板设置在摆角测量装置前。

优选的，下端设备安装结构旁设置有云台安装插槽，云台安装插槽上设置有单目相机保护罩；云台安装插槽上安装有云台，单目相机安装在单目相机保护罩中。

优选的，所述张力传感器通过张力传感器变送器和上位机连接。

优选的，所述可升降支架包括支架部分，支架部分包括两个相对设置的竖向支架，两个竖向支架的上端共同连接有上安装板，两个竖向支架的下端共同连接有下安装板；

上端设备安装结构安装在上安装板上，下端设备安装结构安装在下安装板上；

机器人安装在上安装板的下方。

优选的，所述支架部分为能够上下伸缩的支架。

一种复杂环境下的刚柔耦合机器人状态测量与控制方法，包括以下步骤：