一种双串联机械臂式移动操作机装置的碰撞检测方法

摘要

一种双串联机械臂式移动操作机装置的碰撞检测方法，首先，利用机器人运动学理论和包络半径法得到碰撞检测方程；接着，利用Matlab工具，结合蒙特卡罗法分析单机械臂作业和双机械臂同时作业的碰撞情况；再后，针对双串联机械臂式移动操作机装置的两个串联式机械臂末端的目标位姿利用双串联机械臂式移动操作机装置的解析逆解表达式获取两个串联式机械臂的各个关节变量；最后，针对蒙特卡罗法检测出来的可能发生的碰撞的情况进行单机械臂或者双机械臂碰撞检测。本发明的方法只针对可能发生碰撞的情况进行碰撞检测，缩短了检测时间，为实现双串联机械臂式移动操作机装置的实时碰撞检测奠定了基础。

主权项

一种双串联机械臂式移动操作机装置的碰撞检测方法，方法针对的双串联机械臂式移动操作机装置由车身和两个串联式机械臂组成，两个串联式机械臂安装在车身的前部上面左右对称布置，定位的执行部件为两个串联式机械臂，串联式机械臂包括：末端操作器（1），滑块（2），推进油缸（3），滑架（4），整臂摆动油缸（5），升降油缸（6），大臂（7），俯仰油缸（8）和摆角油缸（9），大臂（7）的固定部分和双串联机械臂式移动操作机的机身铰接，大臂（7）的回转部分和滑架（4）铰接，升降油缸（6）布置在大臂（7）的下面后侧，升降油缸（6）的后侧和整臂摆动油缸（5）铰接、升降油缸（6）的前侧和大臂（7）的固定部分铰接，俯仰油缸（8）布置在大臂（7）的下面前侧，俯仰油缸（8）的后侧和大臂（7）的回转部分铰接，俯仰油缸（8）的前侧和滑架（4）铰接，摆角油缸（9）布置在大臂（7）的前侧，摆角油缸（9）的后侧和大臂（7）的回转部分铰接，摆角油缸（9）的前侧和滑架（4）铰接，滑架（4）布置在大臂（7）的上部，滑架（4）的下面后侧和大臂（7）的回转部分铰接，滑架（4）的下面前侧和摆角油缸（9）的前侧铰接，推进油缸（3）布置在滑架（4）的上部后侧，滑块（2）布置在滑架（4）的上部，滑块（2）的后部和推进油缸（3）的前部铰接，滑块（2）和滑架（4）形成移动副，左侧和右侧的串联式机械臂结构基本相同，两个串联式机械臂的区别在于：左侧的串联式机械臂的整臂摆动油缸（5）布置在机械臂左侧，右侧的串联式机械臂的整臂摆动油缸（5）布置在机械臂右侧，其特征在于采用如下方法：首先，针对双串联机械臂式移动操作机装置的工作情况进行碰撞检测理论分析，利用机器人运动学理论知识，建立双串联机械臂式移动操作机装置的运动学坐标系以及用户坐标系，建立坐标变换矩阵，导出各个关节中心点的坐标表达式，求得任意两连杆之间的最小距离表达式，采用包络半径法对两连杆之间的最小距离与两连杆的包络半径之和进行比较，得到碰撞检测方程；接着，针对单机械臂作业的情况进行分析，利用Matlab工具，结合蒙特卡罗法获取单机械臂作业可能发生碰撞的情况；然后，针对双机械臂同时工作的情况进行分析，利用Matlab工具，结合蒙特卡罗法获取双机械臂同时作业可能发生碰撞的情况；再后，针对双串联机械臂式移动操作机装置的两个串联式机械臂末端的目标位姿，利用Matlab工具以及双串联机械臂式移动操作机装置的解析逆解表达式获取两个串联式机械臂的各个关节变量，其中为第1个运动自由度，实现机械臂的摆动；为第2个自由度，实现机械臂的俯仰；为第3个自由度，实现机械臂的回转；为第4个自由度，实现滑架俯仰；为第5个自由度，实现滑架摆动；为第6个自由度，实现滑架的移动；最后，单机械臂作业时，针对蒙特卡罗法检测出来的单机械臂各连杆之间可能发生的碰撞情况进行单臂碰撞检测；双机械臂同时作业时，针对蒙特卡罗法检测出来的两个串联式机械臂各连杆之间可能发生的碰撞情况进行双机械臂碰撞检测。