[发明专利]一种柔性多关节机械臂空间位姿测量系统及方法

说明书

一种柔性多关节机械臂空间位姿测量系统及方法，测量系统包括3点位iGPS、多点位关节盘后端面轴向定位靶标、多点位关节盘前端面轴向定位靶标、位姿解算器，所述3点位iGPS固定安装于机械臂的驱动单元前端面的可调节安装板上，用于实时探测前端视野内靶标，多点位关节盘后端面轴向定位靶标安装于机械臂各关节的关节盘后断面处，多点位关节盘前端面轴向定位靶标安装于机械臂各关节的关节盘前断面处，多点位关节盘后端面轴向定位靶标、多点位关节盘前端面轴向定位靶标均朝向3点位iGPS，位姿解算器用于对探测到的靶标进行实时位姿信息解算。

技术领域

本发明涉及一种柔性多关节机械臂空间位姿测量系统及方法，属于机械臂位姿测量领域。

背景技术

连续型机械臂是一种可在狭小空间近乎连续运动的柔性机械臂，可用于空间卫星各类操作以及地面管道、核辐射等多种复杂、狭小空间，较传统关节型机械臂具有不可比拟的运动优势。目前，连续型机械臂如何实现高精度的运动动作及末端定位位置，主要通过两种方式，一种是通过复杂的结构和机构设计，依靠正逆运动学求解，来保证一定的重复定位精度，但这就使得机械臂设计较为复杂，对外部及任务适应性存在着一定的局限性；另一种方法是通过在关节轴上安装角度传感器，实时检测关节角度变化，能够较好的实现其闭环控制的要求，但在空间、强辐射环境下，对传感器的要求较高，无法较好的满足测量要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，复杂结构机械臂高精度运动存在局限性且难以实现高精度测量的问题，提出了一种柔性多关节机械臂空间位姿测量系统及方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种柔性多关节机械臂空间位姿测量系统，包括3点位iGPS、多点位关节盘后端面轴向定位靶标、多点位关节盘前端面轴向定位靶标、位姿解算器，所述3点位iGPS固定安装于机械臂的驱动单元前端面的可调节安装板上，用于实时探测前端视野内靶标，多点位关节盘后端面轴向定位靶标安装于机械臂各关节的关节盘后断面处，多点位关节盘前端面轴向定位靶标安装于机械臂各关节的关节盘前断面处，多点位关节盘后端面轴向定位靶标、多点位关节盘前端面轴向定位靶标均朝向3点位iGPS，位姿解算器用于对探测到的靶标进行实时位姿信息解算。

所述3点位iGPS包括iGPS发射站一、iGPS发射站二、iGPS发射站三，按照预设角度安装于机械臂的驱动单元前端面的可调节安装板上，所述可调节安装板在驱动单元作用下，带动3点位iGPS向相对机械臂远离方向运动，iGPS发射站一、iGPS发射站二、iGPS发射站三均发出不同频率且扇面角度固定的激光束。

所述多点位关节盘后端面轴向定位靶标包括后端面轴向定位靶标一、后端面轴向定位靶标二、后端面轴向定位靶标三，分别依次布置于机械臂各关节的关节盘后断面处，任一关节的关节盘后断面处均设置有后端面轴向定位靶标一、后端面轴向定位靶标二、后端面轴向定位靶标三。

所述多点位关节盘前端面轴向定位靶标包括前端面轴向定位靶标一、前端面轴向定位靶标二、前端面轴向定位靶标三，分别依次布置于机械臂各关节的关节盘前断面处，任一关节的关节盘前断面处均设置有后端面轴向定位靶标一、后端面轴向定位靶标二、后端面轴向定位靶标三，与后端面轴向定位靶标一、后端面轴向定位靶标二、后端面轴向定位靶标三安装位置轴向对应。

所述位姿解算器对iGPS发射站一、iGPS发射站二、iGPS发射站三分别与前端面轴向定位靶标一、前端面轴向定位靶标二、前端面轴向定位靶标三及后端面轴向定位靶标一、后端面轴向定位靶标二、后端面轴向定位靶标三的距离进行解算，根据解算结果对前端面轴向定位靶标一、前端面轴向定位靶标二、前端面轴向定位靶标三及后端面轴向定位靶标一、后端面轴向定位靶标二、后端面轴向定位靶标三于全局坐标系中的位置坐标(X_i，Y_i，Z_i)，并解算机械臂各关节姿态角及机械臂的空间姿态信息；