CN113246120A - 一种液压四足双臂机器人的遥操作控制方法 - Google Patents

一种液压四足双臂机器人的遥操作控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113246120A
CN113246120A CN202110249382.1A CN202110249382A CN113246120A CN 113246120 A CN113246120 A CN 113246120A CN 202110249382 A CN202110249382 A CN 202110249382A CN 113246120 A CN113246120 A CN 113246120A
Authority
CN
China
Prior art keywords
arm
robot
control method
double
hydraulic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202110249382.1A
Other languages
English (en)
Inventor
柴汇
胡加银
李贻斌
刘松
付鹏
刘建利
谢爱珍
宫振伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong University
Original Assignee
Shandong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong University filed Critical Shandong University
Priority to CN202110249382.1A priority Critical patent/CN113246120A/zh
Publication of CN113246120A publication Critical patent/CN113246120A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0084—Programme-controlled manipulators comprising a plurality of manipulators
    • B25J9/0087—Dual arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1612—Programme controls characterised by the hand, wrist, grip control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators

Abstract

一种液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，包括以下步骤：(1)建立五自由度机械臂在基坐标系中的位姿描述；(2)建立五自由度机械臂运动学模型；(3)根据步骤(2)中的运动学模型，设计单臂控制方法；(4)设计五自由度液压机械臂控制系统；(5)设计双臂遥操作模式；(6)建立四足机器人三自由度单腿运动学模型；(7)建立四足机器人的虚拟模型控制方法；(8)遥操作液压四足双臂机器人。由单个操作者操作一个遥控器对四足双臂机器人进行操控，遥控器将期望指令传递给机器人的计算机，再由计算机通过控制律与模型解算得到各个关节的期望控制量，实现液压四足机器人的运动控制。该方法既可以实现单臂的独立作业任务，又可以实现双臂的协同作业。

Description

一种液压四足双臂机器人的遥操作控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，属于遥操作技术领域。
背景技术
传统的单臂工业机器人在应用中已经非常成熟，且被广泛应用与制造行业代替工人完成冲压、焊接、码垛、贴片等繁重枯燥的工作。但是在高协调性的精密装配和复杂的多任务等领域，传统的单臂工业机器人难以胜任。传统的控制方法通常只是对单个机械臂或者单个四足机器人进行操作。传统的单臂机器人在操作能力、控制等方面的不足限制了其应用。尤其面对一些复杂的操作任务，例如搬运重物、柔性装配等。与之相比，拥有协调操作能力的双臂机器人具有巨大的优越性和更广泛的应用场合。
相对于传统的单臂机器人和两个单臂机器人组成的协作系统，四足双臂机器人在复杂的工作任务和多变的工作环境中具有独特的优势。(1)四足双臂机器人的双臂更加灵活，工作区间更加广泛，并不仅仅局限于特定环境下的作业，扩大了作业范围，提高了机器人在作业过程中的效率。(2)在各种非结构化地形中，腿足式机器人由于落足点在空间上呈现离散的特性，故对外界的非结构地形具有更好的地形适应能力，能够更好地保持机器人的运动能力。 (3)遥操作技术作为一种通过操控手段对于远程的机器人进行直接操控的技术在核环境、深海环境、太空环境等中发挥着重要的作用，该技术对于目前机器人智能程度不够、难以担负复杂操控任务的局面起到了很好的补充作用，同时也能与人交互。
目前遥操作技术的适用对象主要是单机械臂机器人和无人机等，采用单臂机器人进行遥操作控制并完成操作任务，只能对于任务顺序执行或者解决不存在动力学耦合的协同操作，如果在操作过程中存在多个操作对象则很难对存在耦合对象的目标进行操作。进一步，如果操作对象在操作过程中发生移动，单独操作模式难以应对协同操作行为，从而有可能对于目标造成破坏。采用四足双臂机器人具有负载能力大，操作范围广，适应操作场景多的优点，但是四足双臂机器人的遥操作少有相关的研究技术，传统的遥操作模式是一个人单独操作一个机械臂，一个人单独操作四足机器人，共同完成一个任务。
中国专利文献CN106363625A公开了一种基于操控员足部位姿传感器的四足机器人遥操作方式，包括以下步骤：第一步，操控者的单足或双足上固定位姿传感器集成模块；第二步，所述位姿传感器集成模块检测分析操控员的足部运动状态生成控制指令；第三步，所述控制指令通过无线传输给目标四足机器人；第四步，目标四足机器人分析收到的控制指令做出相应的运动状态。
上述四足机器人的遥操作方式能够解放操控员的双手，人机交互好，使得对目标四足机器人的操控更为简单方便，但是并不适用于四足双臂机器人的遥操作。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种液压四足双臂机器人遥操作控制方法，通过遥控器发送速度指令给四足双臂机器人，机器人在接受到速度指令后按照预先设定好的运动方式执行操作，被遥控机器人需在操作员的可视范围内。
本发明的液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，包括以下步骤：
(1)建立五自由度机械臂在基坐标系中的位姿描述；
(2)建立五自由度机械臂运动学模型；
(3)根据步骤(2)中的运动学模型，设计单臂控制方法；
(4)设计五自由度液压机械臂控制系统；
(5)设计双臂遥操作模式；
(6)建立四足机器人三自由度单腿运动学模型；
(7)建立四足机器人的虚拟模型控制方法；
(8)遥操作液压四足双臂机器人。
所述步骤(1)中设计两个具有五个自由度的机械臂，根据D-H法建立单个机械臂的坐标系，θi为关节i的转角，x0,y0,z0为机械臂基坐标系，x5,y5,z5为机械臂末端坐标系，xi,yi,zi为关节坐标系。所述五自由度机械臂具有五个独立的旋转自由度，腰部有两个旋转自由度，分别实现机械臂的左右摆动及上下摆动运动；大臂与二臂之间有一个旋转关节，实现大臂及二臂回转运动，另外两个自由度分别为肘关节和腕关节，肘关节主要作用是实现前臂的屈曲/ 伸展运动，腕关节实现机械臂末端的旋转抓取运动。
所述步骤(2)建立五自由度机械臂运动学模型中正向运动学的求解过程是根据已知机械臂关节的转角变量θi，求解机械臂末端坐标系x5,y5,z5相对于机械臂基坐标系x0,y0,z0的位置和姿态的过程，进行运动学分析是遵照坐标系变化进行矩阵计算。
所述步骤(3)是采用关节空间的模型预测控制方法(MPC)；首先，采用计算力矩控制方法对机器人的关节变量进行解耦，得到了预测关节变量行为的方程；然后计算目标函数，求解优化问题，推导出模型预测控制方法(MPC)，实现了机器人在关节空间的运动控制。
所述步骤(4)中同时考虑单臂作业和双臂自主作业，采用两级CPU结构的控制器模型。
所述步骤(5)中按照双臂协调工作场景分为全约束协调工作，部分约束协调工作和非约束协调工作三大类，并通过给定目标工具坐标系的位姿对部分约束协调工作进行运动约束分析；按双臂系统操作任务划分为非协调操作任务、协调操作任务、松协调和紧协调。非协调操作模式下，双臂独立进行规划操作，相当于两个单臂操作，仅考虑运动规划中双臂之间的避障问题；协调操作，需要双臂同步运动，进一步划分为：①对称协调操作，为动约束关系，且双臂末端执行器之间是相对运动的关系；②非对称协调操作，为双臂操作同一物体，双臂与被操作物体之间构成一个封闭的运动链，协调运动过程中双臂与被操作物体之间始终保持一定的运物体；松协调为双臂在同一操作空间执行各自无关的操作任务；紧协调则是双臂在同一操作空间执行同一或多项操作任务。
所述步骤(6)中是根据D-H坐标变换法建立的三自由度单腿的坐标系。
所述步骤(7)中采用四足机器人对角小跑步态控制方法；在支撑相阶段，构建机器人整体三维受力模型，推导机器人支撑腿输出力与作用在躯干质心上的虚拟力的映射关系，由躯干运动需求求解出所需虚拟力的大小，并计算出对应支撑腿各关节输出扭矩；在摆动相阶段，利用作用在摆动腿足端的虚拟元件驱动摆动足沿设定的轨迹运动，并通过落足点的选择控制机器人的侧向运动速度；支撑相与摆动相之间通过状态机进行切换。
所述步骤(8)中是根据步骤(3)和步骤(7)所提出的五自由度机械臂控制方法和四足机器人的控制方法，操作人员给出四足双臂机器人的运动速度，实现机器人的稳定运动。
本发明由单个操作者操作一个遥控器对四足双臂机器人进行操控，操作员只通过遥控器生成机器人的运动期望(如机器人的运动速度、转动角速度等信息)，遥控器将这些期望指令传递给机器人的计算机，再由计算机通过控制律与模型解算得到各个关节的期望控制量，机器人控制各个关节的液压阀，从而实现液压四足机器人的运动控制。具有以下特点：
(1)本发明可以实现对双臂四足机器人的控制；
(2)本发明既可以实现单臂的独立作业任务，又可以实现双臂的协同作业；
(3)本发明可通过遥操作四足双臂机器人实现在不规则和非结构化的地形中实现移动抓取作业和排爆等任务。这样在人类的生活环境及周围的野外环境中，最大限度的减小对于人员安全的威胁。
附图说明
图1是本发明中液压四足双臂机器人的整体结构示意图。
图2是本发明中液压四足双臂机器人的协作双臂整体结构示意图。
图3是本发明中液压四足双臂机器人的单臂D-H建模示意图。
图4是本发明中五自由度机械臂整体控制框图示意图。
图5是本发明中五自由度液压机械臂控制系统示意图。
图6是本发明中双臂遥操作模式系统框图示意图。
图7是本发明中四足机器人的三自由度单腿DH建模示意图。
图8是本发明中四足机器人对角小跑步态控制框图示意图。
具体实施方式
本发明中所述的液压四足双臂机器人，如图1所示，包括两个五自由度液压机械臂、具有12个自由度的液压四足机器人、足部集成一体化液压缸驱动器、桁架结构的机器人躯干内部集成一体化控制柜，内设有伺服控制器，运动控制器，动力源系统采用96V直流无刷电机和96V锂电池。
本发明的液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，通过遥控器发送速度指令给四足双臂机器人，机器人在接受到速度指令后按照预先设定好的运动方式执行操作，被遥控机器人需在操作员的可视范围内。该控制模式由单个操作者操作一个遥控器对四足双臂机器人进行操控。操作员只通过遥控器生成机器人的运动期望，如机器人的运动速度、转动角速度等信息。遥控器将这些期望指令传递给机器人的计算机，再由计算机通过控制律与模型解算得到各个关节的期望控制量。机器人控制各个关节的液压阀，从而实现液压四足机器人的运动控制。
具体包括以下步骤：
步骤1.建立五自由度机械臂在基坐标系中的位姿描述
本发明设计了两个具有五个自由度的机械臂，其整体三维结构简图如图2所示。这里根据D-H法建立单个机械臂的坐标系，如图3所示。图3中θi为关节i的转角；x0,y0,z0为机械臂基坐标系，x5,y5,z5为机械臂末端坐标系，xi,yi,zi为关节坐标系。由图3可以看出机械臂一共有五个独立的旋转自由度，腰部一共有两个旋转自由度，分别实现机械臂的左右摆动及上下摆动运动；大臂与二臂之间有一个旋转关节，实现大臂及二臂回转运动，另外两个自由度分别为肘关节和腕关节，肘关节主要作用是实现前臂的屈曲/伸展运动，腕关节实现机械臂末端的旋转抓取运动。
步骤2.建立五自由度机械臂运动学模型
正向运动学的求解过程是根据已知机械臂关节的转角变量θi，求解机械臂末端坐标系 x5,y5,z5相对于机械臂基坐标系x0,y0,z0的位置和姿态的过程。主手的连杆变换不是严格按照 DH坐标系的变化进行的，所以进行运动学分析是需要遵照坐标系变化进行矩阵计算。但是主手的前三个连杆变化是符合下面变换通式的，即各相邻连杆之间的变换矩阵通式如下：
Figure RE-GDA0003104954960000041
所以将连杆变换的参数代入得到：
Figure RE-GDA0003104954960000042
Figure RE-GDA0003104954960000043
Figure RE-GDA0003104954960000044
Figure RE-GDA0003104954960000051
Figure RE-GDA0003104954960000052
则末端杆相对基坐标系的位姿矩阵计算如下：
Figure RE-GDA0003104954960000053
其中：
Figure RE-GDA0003104954960000054
Figure RE-GDA0003104954960000055
Figure RE-GDA0003104954960000056
Figure RE-GDA0003104954960000061
五自由度机械臂正向运动学解算完成。
步骤3.根据步骤二中的运动学模型，设计单臂控制方法
为了解决机械臂在关节空间和任务空间的轨迹跟踪问题，采用了一种关节空间的模型预测控制方法(MPC)。首先，采用计算力矩控制方法对机器人的关节变量进行解耦，得到了预测关节变量行为的方程。然后计算目标函数，求解优化问题，推导出MPC方法，实现了机器人在关节空间的运动控制。
n自由度机器人的动力学方程可以写成
Figure RE-GDA0003104954960000062
此外，
Figure RE-GDA0003104954960000063
可以表示为以下形式来计算关节角加速度
Figure RE-GDA0003104954960000064
定义为
Figure RE-GDA0003104954960000065
这种控制方法，产生关节力矩或力以试图在关节和任务空间中跟踪机械臂期望的轨迹。在计算合适的解之前做了以下假设：
(1)本发明所使用的MPC控制器是基于关节角加速度最优控制问题的求解。因此，分别在 p步和m步(其中p≥m)内定义预测层和控制层，每步的时间间隔为Δt。
(2)对于离散系统，关节变量在步骤k和k+1之间的加速度被认为是常数。
(3)在控制范围之外，控制量保持不变。
Figure RE-GDA0003104954960000066
其中 k+i|k表示k+i步在第k步的预测。
根据这些假设，关节变量的预测公式可以写成：
Figure RE-GDA0003104954960000067
其中：
Figure RE-GDA0003104954960000068
Figure RE-GDA0003104954960000069
Figure RE-GDA00031049549600000610
Figure RE-GDA00031049549600000611
Figure RE-GDA00031049549600000612
I为单位矩阵，0为空矩阵，p×m为矩阵维数X列数。
根据以上部分可知，关节角加速度
Figure RE-GDA0003104954960000071
和关节扭矩τ解耦。用计算转矩控制方法对这些变量进行解耦。因此，每一步的扭矩或力被定义为τ(k+i|k)＝M(k+i|k)w(k+i|k)+h(k+i|k)，其中，
Figure RE-GDA0003104954960000072
优化问题可以描述为
Figure RE-GDA0003104954960000073
因此，关节力矩控制方程为如下：
τ*(k)＝M(k)w(k)*+h(k)。
图4给出了机械臂整体控制框图。
步骤4.五自由度液压机械臂控制系统设计
同时考虑单臂作业、双臂自主作业等问题采用两级CPU结构的控制器模型。上位机采用Upboard代替工业计算机来作为上层运动规划控制器。担当轨迹规划、系统管理、人机接口等功能。下位机采用DSP的TSM320F28335作为底层液压伺服系统的主控芯片。系统整体结构框图如图5所示。
步骤5.双臂遥操作模式设计
按照双臂协调工作场景分为全约束协调工作，部分约束协调工作和非约束协调工作三大类，并通过给定目标工具坐标系的位姿对部分约束协调工作进行了运动约束分析。按双臂系统操作任务划分为非协调操作任务、协调操作任务、松协调和紧协调。非协调操作模式下，双臂独立进行规划操作，相当于两个单臂操作，不考虑双臂之间的运动和力的约束关系，仅考虑运动规划中双臂之间的避障问题。协调操作，需要双臂同步运动，由于双臂与物体之间的空间关系，这些操作可进一步划分为：对称协调操作，动约束关系，且双臂末端执行器之间是相对运动的关系。非对称协调操作，为双臂操作同一物体，双臂与被操作物体之间构成一个封闭的运动链，协调运动过程中双臂与被操作物体之间始终保持一定的运物体。松协调为双臂在同一操作空间执行各自无关的操作任务；紧协调则是双臂在同一操作空间执行同一或多项操作任务。我们根据以上的需求设计一款双臂遥操作模式，系统框图如图6所示。
步骤6.建立四足机器人三自由度单腿运动学模型
根据D-H坐标变换法建立的三自由度单腿的坐标系如图7所示。杆件长度αi-1表示从zi-1到zi沿xi-1测量的距离，杆件扭角αi-1表示从zi-1到zi绕xi-1旋转的角度，关节距离di表示从 xi-1到xi沿zi测量的距离，关节转角θi表示从xi-1到xi绕zi旋转的角度。对于机械结构已经确定的单腿而言，L0、L1、L2都为常数，θ0、θ1、θ2为变量。
Figure RE-GDA0003104954960000081
Figure RE-GDA0003104954960000082
Figure RE-GDA0003104954960000083
Figure RE-GDA0003104954960000084
将以上四个矩阵依次相乘可得：
Figure RE-GDA0003104954960000085
其中，c0表示cosθ0，c1表示cosθ1，c12表示cos(θ1+θ2)，s0表示sinθ0，s1表示sinθ1，s12表示sin(θ1+θ2)。于是可以得到单腿末端相对于基坐标系的位置：
Figure RE-GDA0003104954960000086
即：
Figure RE-GDA0003104954960000091
再通过一次坐标旋转，最终可以得到单腿足端位置相对于基坐标系的位置：
Figure RE-GDA0003104954960000092
单腿的正向运动学求解完成。根据单腿的正向运动学方程，如果单腿的各关节变量已知，则可以求出单腿足端相对于极坐标系的位姿，但是在单腿的运动控制中其关节变量才是真正的被控量，因此，必须要对单腿进行逆向运动学分析。逆运动学解如下：
Figure RE-GDA0003104954960000093
Figure RE-GDA0003104954960000094
Figure RE-GDA0003104954960000095
其中
Figure RE-GDA0003104954960000096
和L12为中间变量：
Figure RE-GDA0003104954960000097
Figure RE-GDA0003104954960000098
根据导数的定义可知，位移与速度之间是一阶导数的关系，因此可以通过对正运动学方程进行求导，即可获得单腿的雅克比，进而获得单腿的雅克比矩阵：
Figure RE-GDA0003104954960000099
步骤7.建立四足机器人的虚拟模型控制方法
对于四足机器人躯干的控制，采用了一种简单有效且稳定性较强的四足机器人对角小跑步态控制方法。在支撑相阶段，构建机器人整体三维受力模型，推导机器人支撑腿输出力与作用在躯干质心上的虚拟力的映射关系，由躯干运动需求求解出所需虚拟力的大小，并计算出对应支撑腿各关节输出扭矩。在摆动相阶段，利用作用在摆动腿足端的虚拟元件驱动摆动足沿设定的轨迹运动，并通过落足点的选择控制机器人的侧向运动速度。支撑相与摆动相之间通过状态机进行切换。四足机器人对角小跑步态控制框图如图8所示，主要包括支撑相虚拟模型控制、摆动相虚拟模型控制和状态机三部分。
支撑相虚拟模型用于控制机器人躯干的运动。根据躯干的姿态、高度与速度的偏差，计算出作用在躯干质心上的虚拟力向量F，补偿躯干重力后求解出所需地面支持力f，由作用力与反作用力得到支撑腿足端输出力的大小fs，通过步骤六中求得的腿部雅克比矩阵的转置求解出支撑腿各关节输出扭矩的大小τs。
摆动相虚拟模型用于控制机器人摆动腿的运动。给定离地点向量p0、最高点zh和摆动周期Tt，根据运动速度求出落足点位置，由此规划出足端运动轨迹，获得期望的足端位置pd，并通过在足端虚拟“弹簧-阻尼”系统获得摆动腿足端输出力向量ff，通过步骤六中求得的腿部雅克比矩阵的转置求解出摆动腿各关节输出扭矩的大小τf。
当机器人以对角小跑步态行走时，每条腿的运动状态都会在支撑相和摆动相之间切换。如果对角小跑步态占空比β＝0.5，理论上处于对角线上的两条腿将会同时抬起并同时落地。然而一旦机器人躯干发生倾斜或地面不平坦时，很难保证两个摆动足同时触地，也无法保证摆动足按时触地，因此无法仅仅根据时间来控制腿部的相位切换。对角小跑步态控制器中引入基于摆动足摆动时间和触地状态的相位切换机制，即为状态机。
步骤8.遥操作液压四足双臂机器人
根据步骤三和步骤七所提出的五自由度机械臂控制方法和四足机器人的控制方法可知。操作人员只需要给四足双臂机器人的运动速度即可实现机器人的稳定运动。我们使用遥控器作为速度的输入，即可实现单臂独立作业，双臂协同作业，四足机器人作为移动平台等功能。遥控器的操作模式分为单臂作业模式、双臂作业模式、四足机器人工作模式。其中单臂作业模式中又分为A臂工作模式和B臂工作模式，在不同的操作模式下采用不同的控制方法。最终，实现了四足双臂机器人的稳定工作。

Claims (10)

1.一种液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)建立五自由度机械臂在基坐标系中的位姿描述；
(2)建立五自由度机械臂运动学模型；
(3)根据步骤(2)中的运动学模型，设计单臂控制方法；
(4)设计五自由度液压机械臂控制系统；
(5)设计双臂遥操作模式；
(6)建立四足机器人三自由度单腿运动学模型；
(7)建立四足机器人的虚拟模型控制方法；
(8)遥操作液压四足双臂机器人。
2.根据权利要求1所述的液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，其特征是，所述步骤(1)中设计两个具有五个自由度的机械臂，根据D-H法建立单个机械臂的坐标系，θi为关节i的转角，x0,y0,z0为机械臂基坐标系，x5,y5,z5为机械臂末端坐标系，xi,yi,zi为关节坐标系。
3.根据权利要求2所述的液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，其特征是，所述五自由度机械臂具有五个独立的旋转自由度，腰部有两个旋转自由度，分别实现机械臂的左右摆动及上下摆动运动；大臂与二臂之间有一个旋转关节，实现大臂及二臂回转运动，另外两个自由度分别为肘关节和腕关节，肘关节主要作用是实现前臂的屈曲/伸展运动，腕关节实现机械臂末端的旋转抓取运动。
4.根据权利要求1所述的液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，其特征是，所述步骤(2)建立五自由度机械臂运动学模型中正向运动学的求解过程是根据已知机械臂关节的转角变量θi，求解机械臂末端坐标系x5,y5,z5相对于机械臂基坐标系x0,y0,z0的位置和姿态的过程，进行运动学分析是遵照坐标系变化进行矩阵计算。
5.根据权利要求1所述的液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，其特征是，所述步骤(3)是采用关节空间的模型预测控制方法；首先，采用计算力矩控制方法对机器人的关节变量进行解耦，得到了预测关节变量行为的方程；然后计算目标函数，求解优化问题，推导出模型预测控制方法，实现了机器人在关节空间的运动控制。
6.根据权利要求1所述的液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，其特征是，所述步骤(4)中同时考虑单臂作业和双臂自主作业，采用两级CPU结构的控制器模型。
7.根据权利要求1所述的液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，其特征是，所述步骤(5)中按照双臂协调工作场景分为全约束协调工作，部分约束协调工作和非约束协调工作三大类，并通过给定目标工具坐标系的位姿对部分约束协调工作进行运动约束分析；按双臂系统操作任务划分为非协调操作任务、协调操作任务、松协调和紧协调。
8.根据权利要求7所述的液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，其特征是，所述非协调操作模式下，双臂独立进行规划操作，相当于两个单臂操作，仅考虑运动规划中双臂之间的避障问题；所述协调操作，需要双臂同步运动，进一步划分为：①对称协调操作，为动约束关系，且双臂末端执行器之间是相对运动的关系；②非对称协调操作，为双臂操作同一物体，双臂与被操作物体之间构成一个封闭的运动链，协调运动过程中双臂与被操作物体之间始终保持一定的运物体；所述松协调为双臂在同一操作空间执行各自无关的操作任务；所述紧协调则是双臂在同一操作空间执行同一或多项操作任务。
9.根据权利要求1所述的液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，其特征是，所述步骤(7)中采用四足机器人对角小跑步态控制方法；在支撑相阶段，构建机器人整体三维受力模型，推导机器人支撑腿输出力与作用在躯干质心上的虚拟力的映射关系，由躯干运动需求求解出所需虚拟力的大小，并计算出对应支撑腿各关节输出扭矩；在摆动相阶段，利用作用在摆动腿足端的虚拟元件驱动摆动足沿设定的轨迹运动，并通过落足点的选择控制机器人的侧向运动速度；支撑相与摆动相之间通过状态机进行切换。
10.根据权利要求1所述的液压四足双臂机器人的遥操作控制方法，其特征是，所述步骤(8)中是根据步骤(3)和步骤(7)所提出的五自由度机械臂控制方法和四足机器人的控制方法，操作人员给出四足双臂机器人的运动速度，实现机器人的稳定运动。
CN202110249382.1A 2021-03-08 2021-03-08 一种液压四足双臂机器人的遥操作控制方法 Withdrawn CN113246120A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110249382.1A CN113246120A (zh) 2021-03-08 2021-03-08 一种液压四足双臂机器人的遥操作控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110249382.1A CN113246120A (zh) 2021-03-08 2021-03-08 一种液压四足双臂机器人的遥操作控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113246120A true CN113246120A (zh) 2021-08-13

Family

ID=77181051

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110249382.1A Withdrawn CN113246120A (zh) 2021-03-08 2021-03-08 一种液压四足双臂机器人的遥操作控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113246120A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113001523A (zh) * 2021-04-09 2021-06-22 山东大学 一种四足双臂机器人及其运行模式
CN113733106A (zh) * 2021-11-05 2021-12-03 深圳市优必选科技股份有限公司 力控仿人机器人的全身控制方法、装置、设备及介质
CN113771046A (zh) * 2021-10-25 2021-12-10 中国北方车辆研究所 一种最小化Jerk指标摆动轨迹规划方法
CN114954724A (zh) * 2022-06-07 2022-08-30 山东大学 一种四足单臂作业机器人的运动控制方法及系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001157973A (ja) * 1999-09-20 2001-06-12 Sony Corp ロボットの歩行制御装置及び歩行制御方法
US20010033145A1 (en) * 2000-02-14 2001-10-25 Filo Andrew S. Walking platforms with automatic self-stabilization
CN106695748A (zh) * 2016-12-09 2017-05-24 南京理工大学 一种双机械臂带电作业机器人
CN109648564A (zh) * 2019-01-15 2019-04-19 西安科技大学 一种基于递阶结构mpc的多自由度柔性关节机械臂系统的控制方法
CN109986579A (zh) * 2019-04-28 2019-07-09 山东大学 多模式运动仿灵长类机器人
CN110421547A (zh) * 2019-07-12 2019-11-08 中南大学 一种基于估计动力学模型的双臂机器人协同阻抗控制方法
CN111687847A (zh) * 2020-07-09 2020-09-22 深圳市多够机器人技术有限公司 一种足式机器人的远程操控装置和操控交互方式
CN112327899A (zh) * 2020-11-19 2021-02-05 山东大学 一种可变构型的四足机器人运动控制方法及系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001157973A (ja) * 1999-09-20 2001-06-12 Sony Corp ロボットの歩行制御装置及び歩行制御方法
US20010033145A1 (en) * 2000-02-14 2001-10-25 Filo Andrew S. Walking platforms with automatic self-stabilization
CN106695748A (zh) * 2016-12-09 2017-05-24 南京理工大学 一种双机械臂带电作业机器人
CN109648564A (zh) * 2019-01-15 2019-04-19 西安科技大学 一种基于递阶结构mpc的多自由度柔性关节机械臂系统的控制方法
CN109986579A (zh) * 2019-04-28 2019-07-09 山东大学 多模式运动仿灵长类机器人
CN110421547A (zh) * 2019-07-12 2019-11-08 中南大学 一种基于估计动力学模型的双臂机器人协同阻抗控制方法
CN111687847A (zh) * 2020-07-09 2020-09-22 深圳市多够机器人技术有限公司 一种足式机器人的远程操控装置和操控交互方式
CN112327899A (zh) * 2020-11-19 2021-02-05 山东大学 一种可变构型的四足机器人运动控制方法及系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LI, TIANFA；ZHOU, LELAI；LI, YIBIN； CHAI, HUI；YANG, KUN: "An Energy Efficient Motion Controller Based on SLCP for the Electrically Actuated Quadruped Robot", 《JOURNAL OF BIONIC ENGINEERING》 *
张国腾，荣学文，李贻斌，柴汇，李彬: "基于虚拟模型的四足机器人对角小跑步态控制方法", 《机器人》 *
王美玲: "面向救援任务的双臂机器人协作运动规划与控制方法研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士) 信息科技辑》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113001523A (zh) * 2021-04-09 2021-06-22 山东大学 一种四足双臂机器人及其运行模式
CN113771046A (zh) * 2021-10-25 2021-12-10 中国北方车辆研究所 一种最小化Jerk指标摆动轨迹规划方法
CN113771046B (zh) * 2021-10-25 2023-06-30 中国北方车辆研究所 一种最小化Jerk指标摆动轨迹规划方法
CN113733106A (zh) * 2021-11-05 2021-12-03 深圳市优必选科技股份有限公司 力控仿人机器人的全身控制方法、装置、设备及介质
CN114954724A (zh) * 2022-06-07 2022-08-30 山东大学 一种四足单臂作业机器人的运动控制方法及系统
CN114954724B (zh) * 2022-06-07 2023-03-28 山东大学 一种四足单臂作业机器人的运动控制方法及系统
US11813752B2 (en) 2022-06-07 2023-11-14 Shandong University Mobile manipulation control method and system of quadruped robot with operation arm

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113246120A (zh) 一种液压四足双臂机器人的遥操作控制方法
CN106695797B (zh) 基于双臂机器人协同操作的柔顺控制方法及系统
Hutter et al. Force control for active chassis balancing
CN112487569B (zh) 一种移动作业机器人定时长可达工作空间的求解方法
CN110083982A (zh) 多肢腿式机器人分布式动力学建模方法
Staicu Recursive modelling in dynamics of Delta parallel robot
CN113625735A (zh) 基于腿臂复用六足机器人的控制方法和机器人
Fareh et al. Trajectory tracking and stability analysis for mobile manipulators based on decentralized control
Stilman et al. Humanoid teleoperation for whole body manipulation
Liu et al. A novel six-legged walking machine tool for in-situ operations
Xue et al. Gait planning and control of hexapod robot based on velocity vector
Ren et al. Design and research of a walking robot with two parallel mechanisms
Wajiansyah et al. Modeling of 2-DOF hexapod leg using analytical method
Peng et al. Whole body collaborative planning method for legged locomotion manipulation system in operation process
Feng et al. ROS-based humanoid robot pose control system design
Ollervides et al. Navigation control system of walking hexapod robot
Tang et al. A stable trot strategy of quadruped robot based on capture point
Kang et al. Mobile robot manipulation system with a reconfigurable robotic arm: Design and experiment
Dubowsky et al. Coordinated motion and force control of multi-limbed robotic systems
Lv et al. Lagrange based kinematic control for a class of mobile manipulators with physical constraints
Meng et al. Workspace Analysis of a Dual-arm Mobile Robot System for Coordinated Operation
Qizhi et al. On the kinematics analysis and motion planning of the manipulator of a mobile robot
Tani et al. Walking trajectory design of hydraulic legged robot with limited powered pump
Shen et al. Mechanical Design and Obstacle-avoidance-based Motion Control for Cable-driven Hyper-redundant Manipulator
Ha et al. Wireless-communicated computed-torque control of a SCARA robot and two-dimensional input shaping for a spherical pendulum

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20210813