本發(fā)明涉及機械臂技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種全液壓自主移動機械臂的動作方法。

背景技術(shù)：
過去30年，我國制造業(yè)在低成本勞動力優(yōu)勢下獲得了快速發(fā)展和長足進步，成為了世界制造大國。但是，進入21世紀第二個10年以來，勞動力成本急劇上升，以80后、90后為主的勞動力人口對從事單調(diào)重復(fù)、工作環(huán)境差的產(chǎn)業(yè)工作的興趣明顯下降，制造業(yè)以機器人替代人工的訴求不斷得到激發(fā)。移動機械臂具有巨大的市場潛力，以輪胎制造業(yè)為例，我國輪胎產(chǎn)量約占全世界的50％，但硫化生產(chǎn)工藝中胎坯的運輸、入庫儲存和成品輪胎在輸送線上的揀選等工作還需要人工完成，胎坯到硫化機上的柔性安裝也大量依靠人工，不僅勞動強度大，而且車間內(nèi)硫化污染嚴重，對工人的職業(yè)健康造成了很大危害，致使輪胎企業(yè)大量出現(xiàn)用工荒，企業(yè)對移動機械臂的需求量在3000臺左右，市場容量在50億元左右；機械加工(鍛件的夾持鍛打，焊件的夾持焊接，大質(zhì)量零部件的裝配、揀選、運輸?shù)?、大型危險品及彈藥作業(yè)、工程與市政施工等行業(yè)企業(yè)對液壓驅(qū)動移動機械臂也有大量需求，市場總?cè)萘吭?00億元以上。液壓驅(qū)動的大負載自主移動機械臂結(jié)合了移動機器人平臺和機械臂的特點，同時具有自主移動和操作功能，使機械臂擁有了高度的運動冗余性和更大的工作空間，能在更短的時間內(nèi)以更優(yōu)的位姿完成更大范圍內(nèi)的任務(wù)，可以移動作業(yè)的形式廣泛用于工件的裝配、揀選、搬運，鍛壓件的鍛打夾持和搬運，焊接件的夾持焊接，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化、高效化，代替人工完成環(huán)境惡劣、勞動強度大的工作，為工人職業(yè)健康水平的顯著改善提供有力保障。因此，針對較大型工件的裝配、鍛壓件的鍛打夾持和搬運、焊接件的夾持焊接，有必要研制一種能夠滿足該需求的全液壓自主移動機械臂的動作方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種能夠滿足大質(zhì)量工件大范圍移動作業(yè)需求的全液壓自主移動機械臂的動作方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供技術(shù)方案如下：一種全液壓自主移動機械臂，包括全方位移動平臺，所述全方位移動平臺上設(shè)置有雙機械臂、動力系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、以及感知與控制系統(tǒng)，其中：所述全方位移動平臺上設(shè)置有回轉(zhuǎn)腰身裝置，所述雙機械臂通過所述回轉(zhuǎn)腰身裝置設(shè)置在所述全方位移動平臺上，所述雙機械臂為具有多自由度的仿人雙臂結(jié)構(gòu)；所述動力系統(tǒng)采用發(fā)動機-液壓驅(qū)動模式；所述視覺系統(tǒng)包括導航相機、大視場伺服相機和手眼相機；所述感知與控制系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)力傳感器、關(guān)節(jié)位置傳感器和六維力傳感器，所述關(guān)節(jié)力傳感器和關(guān)節(jié)位置傳感器設(shè)置在所述雙機械臂的各關(guān)節(jié)處，所述六維力傳感器設(shè)置在所述雙機械臂的每條機械臂的末端。進一步的，所述雙機械臂的每條機械臂具有6個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)均由擺動油缸或液壓馬達驅(qū)動，所述回轉(zhuǎn)腰身裝置由液壓馬達驅(qū)動；所有液壓馬達均采用電液伺服閥控制。進一步的，所述導航相機為2臺彩色單目導航相機，分別設(shè)置在所述全方位移動平臺的前后兩端，所述大視場伺服相機設(shè)置在所述回轉(zhuǎn)腰身裝置的上方，所述手眼相機為2臺彩色立體手眼相機，分別設(shè)置在所述雙機械臂的每條機械臂的末端。進一步的，所述動力系統(tǒng)采用以燃氣為能源的機載發(fā)動機提供動力，所述全方位移動平臺采用懸掛-驅(qū)動內(nèi)置的液壓主動輪，所述全方位移動平臺的四周安裝有用于探測障礙物的超聲波傳感器和廣角相機。進一步的，所述感知與控制系統(tǒng)還包括用于探測所述全方位移動平臺的姿態(tài)、角速度和加速度的垂直陀螺儀組件、以及用于探測所述全方位移動平臺的車輪轉(zhuǎn)速的輪速傳感器。進一步的，所述雙機械臂的控制器的帶寬大于所述全方位移動平臺的控制器的帶寬。一種全液壓自主移動機械臂的動作方法，所述全液壓自主移動機械臂具有第一動作模式，在所述第一動作模式下所述全方位移動平臺運動、所述雙機械臂靜止，所述第一動作模式對應(yīng)的動作方法包括：步驟(1)：對所跟蹤的路徑使用非完整約束條件進行規(guī)劃；步驟(2)：根據(jù)所述步驟(1)規(guī)劃的路徑，設(shè)定所述全方位移動平臺的運動模式，所述運動模式包括Ackerman轉(zhuǎn)向、雙Ackerman轉(zhuǎn)向或車輪同向運動模式；步驟(3)：測量所述全方位移動平臺的航向、位置和速度偏差；步驟(4)：基于非完整全方位移動平臺運動學模型，使用自抗擾控制方法計算所述全方位移動平臺所需的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速控制量；步驟(5)：使用自抗擾控制方法實現(xiàn)所述全方位移動平臺的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速的底層控制。一種全液壓自主移動機械臂的動作方法，所述全液壓自主移動機械臂還具有第二動作模式，在所述第二動作模式下所述全方位移動平臺靜止、所述雙機械臂運動，所述第二動作模式對應(yīng)的動作方法包括：步驟(1)：所述導航相機引導所述全方位移動平臺以指定位姿進入作業(yè)工位，并制動、鎖緊；步驟(2)：所述大視場伺服相機搜索工件，引導所述雙機械臂趨近工件；步驟(3)：當所述雙機械臂的末端到達工件附近一定距離、工件進入所述手眼相機的視場范圍內(nèi)時，執(zhí)行步驟(4)，否則執(zhí)行所述步驟(2)；步驟(4)：所述雙機械臂在所述大視場伺服相機的監(jiān)控下，并在所述手眼相機的引導和視覺伺服控制器的控制下執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，如果工件脫離所述手眼相機的視場范圍時，執(zhí)行所述步驟(2)，將所述雙機械臂再次引導回工件附近。進一步的，選定原點在所述全方位移動平臺的質(zhì)心處、與世界坐標系平行的坐標系作為所述雙機械臂和所述大視場伺服相機的凍結(jié)世界坐標系，該凍結(jié)世界坐標系與所述全方位移動平臺一起運動。一種全液壓自主移動機械臂的動作方法，所述全液壓自主移動機械臂還具有第三動作模式，在所述第三動作模式下所述全方位移動平臺運動、所述雙機械臂運動，所述第三動作模式對應(yīng)的動作方法包括：步驟(1)：所述導航相機引導所述全方位移動平臺移動至運動目標路徑附近；步驟(2)：所述大視場伺服相機搜索、監(jiān)視運動目標的出現(xiàn)，運動目標一旦出現(xiàn)，所述大視場伺服相機對運動目標進行識別，若運動目標為待抓取的目標，則估計運動目標相對所述全方位移動平臺的距離，否則繼續(xù)搜索；步驟(3)：將待抓取的運動目標的位置提供給所述雙移動機械臂的控制系統(tǒng)，利用所述大視場伺服相機引導所述全方位移動平臺向待抓取的運動目標運動，同時控制所述雙移動機械臂朝向待抓取的運動目標運動，直至待抓取的運動目標完全處于所述雙機械臂的任務(wù)空間內(nèi)并有一定裕量時，控制所述全方位移動平臺與待抓取的運動目標同步；步驟(4)：所述大視場伺服相機引導所述雙機械臂的末端趨近待抓取的運動目標，直至待抓取的運動目標處于所述手眼相機的視場內(nèi)；步驟(5)：在所述大視場伺服相機的監(jiān)控下，利用所述手眼相機引導所述雙機械臂對工件進行抓取。本發(fā)明具有以下有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的全液壓自主移動機械臂，由于雙機械臂通過回轉(zhuǎn)腰身裝置設(shè)置在全方位移動平臺上，并且雙機械臂具有多自由度的仿人雙臂結(jié)構(gòu)，能夠完成“回轉(zhuǎn)”、“俯仰”、“橫滾”、“抓取”等動作，可以更好的適應(yīng)移動作業(yè)的需要；視覺系統(tǒng)特有的導航相機、大視場伺服相機和手眼相機，為全方位移動平臺的精準導航和精確安裝，目標的精準判斷和抓取提供了保證；動力系統(tǒng)采用發(fā)動機-液壓驅(qū)動的模式，滿足了雙機械臂進行大質(zhì)量工件裝配、動目標抓取作業(yè)任務(wù)對高功率密度能量和高動態(tài)響應(yīng)能力的要求；感知與控制系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)力傳感器、關(guān)節(jié)位置傳感器和六維力傳感器，使得雙機械臂具備力控制能力，實現(xiàn)了柔性裝配功能。綜上，本發(fā)明能夠滿足大質(zhì)量工件大范圍移動作業(yè)的需求，填補了輪胎制造業(yè)中生產(chǎn)過程的自動化的空白，為工人職業(yè)健康水平的顯著改善提供了有力保障，帶來了巨大的市場價值。附圖說明圖1為本發(fā)明的全液壓自主移動機械臂的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的全液壓自主移動機械臂的雙機械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的全液壓自主移動機械臂的雙機械臂運動閉環(huán)控制切換過程示意圖。具體實施方式為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。一方面，本發(fā)明提供一種全液壓自主移動機械臂，如圖1至圖2所示，包括全方位移動平臺1，全方位移動平臺1上設(shè)置有雙機械臂2、動力系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、以及感知與控制系統(tǒng)，其中：全方位移動平臺1上設(shè)置有回轉(zhuǎn)腰身裝置11，雙機械臂2通過回轉(zhuǎn)腰身裝置設(shè)置11在全方位移動平臺1上，雙機械臂2為具有多自由度的仿人雙臂結(jié)構(gòu)；動力系統(tǒng)采用發(fā)動機-液壓驅(qū)動模式；視覺系統(tǒng)包括導航相機31、大視場伺服相機32和手眼相機33；感知與控制系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)力傳感器、關(guān)節(jié)位置傳感器和六維力傳感器41，關(guān)節(jié)力傳感器和關(guān)節(jié)位置傳感器設(shè)置在雙機械臂2的各關(guān)節(jié)處，六維力傳感器41設(shè)置在雙機械臂2的每條機械臂的末端。具體設(shè)計時，雙機械臂構(gòu)型設(shè)計以其負載能力、工作空間、控制精度和工作速度等性能指標，以大剛度、輕量化為主要設(shè)計原則；材料選擇上使用質(zhì)量輕，剛度高的硬制鋁材料；結(jié)構(gòu)設(shè)計上，采用薄板式結(jié)構(gòu)連接，長筒使用薄管帶法蘭型機構(gòu)，同時在保證雙機械臂剛度的前提下，連接件處增加減重孔，另外將編碼器連接在箱體的外端，這種連接方式大大減少了箱體所需的長度和半徑，從而減輕了關(guān)節(jié)重量，減少了整個關(guān)節(jié)的慣性矩；優(yōu)化設(shè)計上，在CAD建?；A(chǔ)上采用ANSYS分析軟件對雙機械臂的剛度和輕量化做進一步的校核和優(yōu)化，從而確定各關(guān)節(jié)處滿足剛度要求的前提下連接板的最小化厚度，并采用拓撲優(yōu)化方法得到輕量化拓撲結(jié)構(gòu)，考慮加工工藝，選取最佳的設(shè)計方案。本發(fā)明的全液壓自主移動機械臂，由于雙機械臂通過回轉(zhuǎn)腰身裝置設(shè)置在全方位移動平臺上，并且雙機械臂具有多自由度的仿人雙臂結(jié)構(gòu)，能夠完成“回轉(zhuǎn)”、“俯仰”、“橫滾”、“抓取”等動作，可以更好的適應(yīng)移動作業(yè)的需要；視覺系統(tǒng)特有的導航相機、大視場伺服相機和手眼相機，為全方位移動平臺的精準導航和精確安裝，目標的精準判斷和抓取提供了保證；動力系統(tǒng)采用發(fā)動機-液壓驅(qū)動的模式，滿足了雙機械臂進行大質(zhì)量工件裝配、動目標抓取作業(yè)任務(wù)對高功率密度能量和高動態(tài)響應(yīng)能力的要求；感知與控制系統(tǒng)包括關(guān)節(jié)力傳感器、關(guān)節(jié)位置傳感器和六維力傳感器，使得雙機械臂具備力控制能力，利用六維力傳感器檢測柔性裝配作業(yè)時工件的反作用力，實現(xiàn)了機械臂柔順控制提供支持。綜上，本發(fā)明能夠滿足大質(zhì)量工件大范圍移動作業(yè)的需求，填補了輪胎制造業(yè)中生產(chǎn)過程的自動化的空白，為工人職業(yè)健康水平的顯著改善提供了有力保障，帶來了巨大的市場價值。作為本發(fā)明的一種改進，如圖1至圖2所示，雙機械臂2的每條機械臂可以具有6個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，各旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)均由擺動油缸或液壓馬達驅(qū)動，回轉(zhuǎn)腰身裝置11可以由液壓馬達驅(qū)動；所有液壓馬達均優(yōu)選采用電液伺服閥控制。這種結(jié)構(gòu)滿足了液壓動力系統(tǒng)對續(xù)航時間和大驅(qū)動功率的要求。為滿足雙機械臂進行大質(zhì)量工件裝配、動目標抓取作業(yè)任務(wù)對高功率密度能量和高動態(tài)響應(yīng)能力的要求，動力系統(tǒng)采用發(fā)動機-液壓驅(qū)動模式，系統(tǒng)共有27個液壓執(zhí)行器，、1個主動懸架液壓油缸和1個轉(zhuǎn)向擺動油缸，每一條機械臂的6個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)均有擺動油缸或液壓馬達驅(qū)動，兩條機械臂的回轉(zhuǎn)運動由1個液壓馬達驅(qū)動。為保證系統(tǒng)的高動態(tài)性，全部液壓執(zhí)行器均采用電液伺服閥控制。為滿足液壓動力系統(tǒng)對續(xù)航時間和大驅(qū)動功率的要求，液壓系統(tǒng)由1臺機載發(fā)動機提供動力；為滿足室內(nèi)長時間工作對低排放的要求，發(fā)動機以燃氣為能源，構(gòu)成燃氣發(fā)動機-液壓動力系統(tǒng)。為了保證導航相機31在導航的過程中實現(xiàn)精確的導航，為視覺伺服控制提供基本信息，實現(xiàn)雙機械臂2的快速定位、工件的快速識別、動目標的自主定位與抓取等功能，優(yōu)選的，導航相機31為2臺彩色單目導航相機，分別設(shè)置在全方位移動平臺1的前后兩端，大視場伺服相機32設(shè)置在回轉(zhuǎn)腰身裝置11的上方，手眼相機33為2臺彩色立體手眼相機，分別設(shè)置在雙機械臂2的每條機械臂的末端。具體的，從平臺的通用性和對環(huán)境的高適應(yīng)能力考慮，引動平臺導航以視覺導航為主，平臺前部和后部各安裝1臺彩色單目導航相機；雙機械臂作業(yè)采用視覺伺服控制方案，在雙機械臂腰身上方配置1臺大視場伺服立體相機，該相機通過俯仰和方位二維云臺與回轉(zhuǎn)軸連接，可與腰身同步運動，也可異步運動，用于對靜止工件、動目標的粗定位和對雙機械臂運動的引導；在兩條機械臂的末端各布置1臺窄視場的彩色立體手眼相機，用于對工件和運動目標的識別、精確定位和雙機械手的精確控制。2臺導航相機、1臺大視場伺服相機和2臺窄現(xiàn)場的手眼相機共同為視覺伺服控制提供基本信息，實現(xiàn)雙機械臂的快速定位、工件的快速識別、動目標的自主定位與抓取等功能；在移動平臺左、右側(cè)面各加裝1臺低成本大視場相機，并與前、后的導航相機構(gòu)成安全防護視覺系統(tǒng)。作為本發(fā)明的另一種改進，動力系統(tǒng)優(yōu)選采用以燃氣為能源的機載發(fā)動機提供動力，這樣可以滿足室內(nèi)長時間工作對低排放的要求，發(fā)動機以燃氣為能源，構(gòu)成燃氣發(fā)動機-液壓動力系統(tǒng)；為了確保本發(fā)明能夠全方位移動和具有高負載能力，全方位移動平臺采用橡膠履帶底盤，內(nèi)置差速轉(zhuǎn)向機構(gòu)，履帶接地面積大，具有減震效果。為了全方位的探測全方位移動平臺周圍的障礙物，全方位移動平臺的四周可以安裝有用于探測障礙物的超聲波傳感器和廣角相機，廣角相機可以監(jiān)測超聲波傳感器無法感知的障礙物。具體的，在滿足運動減震的同時盡量減小變形，將平臺姿態(tài)與高度變化的不可控性控制到最小。連續(xù)工作的發(fā)動機、液壓泵會形成高溫熱源，將其布置在平臺一端的動力艙內(nèi)，并通過隔熱板與平臺的其它部分隔離，控制熱輻射對其它器件的影響；輪距、軸距、質(zhì)量分布和車輪系統(tǒng)特性(驅(qū)動、懸掛、轉(zhuǎn)向和輪胎特性)等關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化與移動機械臂整體優(yōu)化一同進行。連續(xù)工作的發(fā)動機、液壓泵會形成高溫熱源，將其布置在平臺一端的動力艙內(nèi)，并通過隔熱板與平臺的其它部分隔離，控制熱輻射對其它器件的影響；輪距、軸距、質(zhì)量分布和車輪系統(tǒng)特性(驅(qū)動、懸掛、轉(zhuǎn)向和輪胎特性)等關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化與雙機械臂移動整體優(yōu)化一同進行。本發(fā)明中，感知與控制系統(tǒng)還可以包括用于探測全方位移動平臺1的姿態(tài)、角速度和加速度的垂直陀螺儀組件(未示出)、以及用于探測全方位移動平臺的車輪轉(zhuǎn)速的輪速傳感器(未示出)。這樣可以確保全方位移動平臺的全方位移動和高負載能力，使得全方位移動平臺能夠安全運行。為實現(xiàn)柔性裝配功能，雙機械臂應(yīng)具備力控制能力。為此，除在雙機械臂的各關(guān)節(jié)上均安裝1個關(guān)節(jié)位置傳感器外，還在2條機械臂的末端各安裝1個通用的六維力傳感器，在機械臂的各關(guān)節(jié)上均安裝1個關(guān)節(jié)力傳感器。同時，在全方位移動平臺上安裝姿態(tài)傳感器，簡化雙機械臂系統(tǒng)控制的復(fù)雜性。采用基于視覺和力覺伺服的機械臂-移動平臺整體協(xié)調(diào)方法實現(xiàn)移動機械臂的協(xié)調(diào)與柔順控制，控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)采用以分層遞階為核心的混合式體系結(jié)構(gòu)，硬件體系結(jié)構(gòu)采用總線式分布結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)由組織規(guī)劃、協(xié)調(diào)和伺服三級結(jié)構(gòu)組成，整體上是一種多級分布式結(jié)構(gòu)。其中，“移動機械臂姿態(tài)和狀態(tài)”由傳感器與感知系統(tǒng)獲取；“穩(wěn)定性監(jiān)控”按照特定的穩(wěn)定判據(jù)對系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定性進行判斷，當發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定趨勢時，由“任務(wù)調(diào)度”中止正在進行中的作業(yè)任務(wù)，啟動“穩(wěn)定應(yīng)急控制器”進行穩(wěn)定控制；“安全防護監(jiān)控”對除移動雙機械臂穩(wěn)定性之外的其它安全問題進行監(jiān)控，包括碰撞、異物侵入、發(fā)動機溫度異常升高、液壓油輸出壓力/管路壓力異常降低或升高等。由于當移動雙機械臂時，雙機械臂和移動平臺之間存在很強的非線性動力學耦合作用，所以雙機械臂的控制器的帶寬優(yōu)選大于全方位移動平臺的控制器的帶寬。這樣移動平臺對雙機械臂的影響遠比雙機械臂對移動平臺的影響嚴重，可以將移動平臺對雙機械臂的影響降到最小，以此實現(xiàn)移動平臺和雙機械臂之間的解耦控制。本發(fā)明采用CAN總線結(jié)構(gòu)，構(gòu)建分布式計算機控制系統(tǒng)，采用嵌入式工控機作為主控制器，實現(xiàn)組織規(guī)劃級的任務(wù)調(diào)度、控制目標規(guī)劃和穩(wěn)定性監(jiān)控等功能，采用DSP或者單片機作為分布式控制器，實現(xiàn)協(xié)調(diào)級中整體運動協(xié)調(diào)控制策略、整體柔順控制策略、穩(wěn)定應(yīng)急控制策略等的生成，并實現(xiàn)伺服級中各伺服控制參考軌跡和控制策略的生成等任務(wù)。以全液壓自主移動機械臂在輪胎制造業(yè)中具體的工作過程為例，介紹本發(fā)明實施例的幾種運動和作業(yè)模式下的控制方法。A.移動平臺運動，機械臂靜止(PM-MS,PlatformMove-ManipulatorStop)主要用于工件運輸，機械臂初定位時有時也采用該模式，在該模式下對移動平臺進行運動控制即可。B.移動平臺靜止，機械臂運動(PS-MM,PlatformStop-ManipulatorMove)主要用于目標的定位與抓取，工件的柔順裝配，該模式需要對單機械臂、雙機械臂和移動平臺實施運動控制與柔順控制。C.移動平臺運動，機械臂運動(PM-MM,PlatformMove-ManipulatorMove)主要用于動目標的定位與抓取，該模式需要對移動平臺和機械臂進行整體運動控制和柔順控制。①PM-MS模式下移動平臺的運動控制方法本發(fā)明研制的全方位移動平臺最高運動速度3m/s，屬低速運動，因此不必考慮輪胎的動力學，可直接使用運動學模型進行全方位移動平臺的運動控制。對于無機械臂參與的路徑跟蹤控制問題：a.對所跟蹤的路徑使用非完整約束條件進行規(guī)劃；b.根據(jù)步驟(1)規(guī)劃的路徑，設(shè)定全方位移動平臺的運動模式，運動模式包括Ackerman轉(zhuǎn)向、雙Ackerman轉(zhuǎn)向或車輪同向運動模式；c.測量所述全方位移動平臺的航向、位置和速度偏差；d.基于非完整全方位移動平臺運動學模型，使用自抗擾控制方法計算所述全方位移動平臺所需的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速控制量；e.使用自抗擾控制方法實現(xiàn)所述全方位移動平臺的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速的底層控制。當工作空間受限時，使用模式調(diào)度方法進行運動模式切換控制，使移動平臺從一種模式，如直行，切換到另一種模式，如橫移、斜行、原地轉(zhuǎn)向等，其中，橫移、原地轉(zhuǎn)向模式和其它運動模式之間的相互轉(zhuǎn)換需要移動平臺停止后再進行，即“stop-go”。②PS-MM模式下機械臂控制a.視覺伺服方案本發(fā)明研制的全液壓自主移動機械臂無需配置全局視覺相機，在此情況下，安裝在腰身上方的大視場伺服相機用作機械臂的半全局伺服控制，為工件的初步識別、定位和機械臂的快速引導提供視覺反饋信息，構(gòu)成基于位置的視覺伺服控制系統(tǒng)；安裝在機械手末端的手眼相機用于工件的精確識別、定位和機械臂的精確引導，構(gòu)成基于圖像的視覺伺服控制系統(tǒng)。b.基于視覺閉環(huán)的機械臂運動控制(PS-MM模式)b.1基于視覺閉環(huán)的機械臂運動控制采用的是機械別-移動平臺整體控制方案，除機械臂的8個(單臂)或15個(雙臂)關(guān)節(jié)執(zhí)行器外，4個車輪的4個獨立懸架執(zhí)行器也殘余機械臂的運動控制；b.2在伺服相機坐標系中，圖像特征可隱含地包括目標速度信息，因此該控制方案既可控制機械臂趨近固定目標，也可控制機械臂趨近動目標；b.3選定原點在移動平臺質(zhì)心處、與世界坐標系平行的坐標系作為機械臂和大視場伺服相機的“凍結(jié)”世界坐標系，該坐標系與平臺一起移動；b.4大視場伺服相機、手眼相機視覺系統(tǒng)的標定使用“視覺導航、目標識別與自主定位系統(tǒng)”中給出的方法，圖像雅克比矩陣使用基于Kalman濾波的在線辨識方法進行估計；b.5圖像-視覺伺服控制器和圖像-位置伺服控制器使用滑模變結(jié)構(gòu)或自抗擾控制方法設(shè)計，這樣可以有效克服圖像雅克比矩陣估計誤差，輪胎微小變形、關(guān)節(jié)摩擦力、未知負載等帶來的不確定性和未建模動態(tài)的影響，并對重力、哥氏力等進行補償，位置-視覺伺服控制器亦采用滑模變結(jié)構(gòu)或自抗擾控制方法設(shè)計。b.6機械臂運動閉環(huán)控制切換過程如圖3所示，(1)導航相機引導全方位移動平臺以指定位姿進入作業(yè)工位，并制動、鎖緊；(2)大視場伺服相機搜索工件，引導雙機械臂趨近工件；(3)當雙機械臂的末端到達工件附近一定距離、工件進入手眼相機的視場范圍內(nèi)時，執(zhí)行步驟(4)，否則執(zhí)行所述步驟(2)；(4)雙機械臂在所述大視場伺服相機的監(jiān)控下，并在手眼相機的引導和視覺伺服控制器的控制下執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，如果工件脫離所述手眼相機的視場范圍時，執(zhí)行步驟(2)，將雙機械臂再次引導回工件附近。c.單臂柔順控制單臂柔順控制使用大視場伺服相機或手眼相機反饋的位置信息、機械手末端六維力傳感器反饋的操作力信息，采用視覺/力覺混合伺服控制方案，控制量選為關(guān)節(jié)速度或關(guān)節(jié)力/力矩，控制方法選用自抗擾控制方法。d.雙臂柔順控制針對冗余擬采用以下策略，該策略包括兩個部分：位置協(xié)調(diào)控制和力協(xié)調(diào)控制。位置協(xié)調(diào)控制方法通過引入位置協(xié)調(diào)因子，實現(xiàn)操作物運動軌跡誤差的控制、冗余關(guān)節(jié)阻抗的控制和雙臂之間相對誤差的控制；力協(xié)調(diào)主要結(jié)合協(xié)調(diào)操作的特點，引入力協(xié)調(diào)因子，建立雙臂夾持載荷的動態(tài)分配機制，實現(xiàn)操作物內(nèi)應(yīng)力的大小的協(xié)調(diào)控制。冗余雙機械臂協(xié)調(diào)控制具體實現(xiàn)過程為：利用操作物動力學方程建立操作物抓取模型，根據(jù)抓取模型和協(xié)調(diào)約束關(guān)系得到雙臂夾持載荷的初步分配以及期望的運動軌跡；然后根據(jù)協(xié)調(diào)操作的特點，建立基于空間彈簧阻尼并聯(lián)模型的位置協(xié)調(diào)控制；最后引入變加權(quán)矩陣對載荷進行動態(tài)分配，使操作物內(nèi)應(yīng)力和驅(qū)動的總能量最小，最終的冗余雙機械臂協(xié)調(diào)控制方法。③PM-MM模式下移動平臺-機械臂整體控制該技術(shù)路線還描述了“動目標自主定位與抓取”關(guān)鍵技術(shù)的視覺伺服控制解決方案。a.動目標自主定位與抓取視覺伺服控制方案a.1移動平臺伺服導航。如工作環(huán)境中設(shè)置有人工標志的導航路徑，使用導航相機和里程計為移動平臺導航，如果沒有人工標志的導航路徑，使用正在跟蹤動目標的大視場伺服相機或手眼相機為移動平臺導航，實現(xiàn)移動平臺對動目標的同步跟蹤運動。a.2動目標搜索、識別。使用大視場伺服相機搜索動目標并進行初步識別，使用手眼相機對動目標進行精確識別；使用大視場伺服相機引導機械臂至動目標附件，使用手眼相機對機械臂進行精確引導，為動目標的抓取提供視覺伺服。b.基于視覺閉環(huán)的移動機械臂運動控制(PS-MM模式)b.1該控制方案要求手眼相機工作在基于位置的伺服模式下，實現(xiàn)對動目標位姿的識別、對抓取工具的精確引導，并對動目標在“凍結(jié)”參考坐標系中進行定位，計算移動平臺和動目標之間的距離，引導移動平臺跟蹤動目標同步運動。b.2除機械臂的8個(單臂)或15個(雙臂)關(guān)節(jié)執(zhí)行器、4個車輪的4個獨立懸架執(zhí)行器外，4個車輪的8個驅(qū)動執(zhí)行器和轉(zhuǎn)向執(zhí)行器也參與控制；b.3視覺閉環(huán)伺服控制過程(1)根據(jù)環(huán)境地圖、人工標記等信息，由移動平臺導航相機引導將移動機械臂引導到動目標運動路徑(比如輸送帶)附近；(2)大視場伺服相機搜索、監(jiān)視運動目標的出現(xiàn)，運動目標一旦出現(xiàn)，大視場伺服相機對運動目標進行識別，若運動目標為待抓取的目標，則估計運動目標相對全方位移動平臺的距離，否則繼續(xù)搜索；(3)將待抓取的運動目標的位置提供給雙移動機械臂的控制系統(tǒng)，利用大視場伺服相機引導全方位移動平臺向待抓取的運動目標運動，同時控制雙移動機械臂朝向待抓取的運動目標運動，直至待抓取的運動目標完全處于雙機械臂的任務(wù)空間內(nèi)并有一定裕量時，控制全方位移動平臺與待抓取的運動目標同步；(4)大視場伺服相機引導雙機械臂的末端趨近待抓取的運動目標，直至待抓取的運動目標處于手眼相機的視場內(nèi)；(5)在大視場伺服相機的監(jiān)控下，利用手眼相機引導雙機械臂對工件進行抓取。c.機械臂-移動平臺動態(tài)耦合作用解耦控制當移動機械臂運動時，機械臂和移動平臺之間存在很強的非線性動力學耦合作用，但由于雙機械臂的帶寬比移動平臺的帶寬更大，移動平臺對機械臂的影響遠比機械臂對移動平臺的影響嚴重。為此，本發(fā)明設(shè)計一個“快”(高帶寬)控制器對機械臂運動進行控制，設(shè)計一個“慢”(低帶寬)控制器對移動平臺進行控制，將移動平臺對雙機械臂的影響降到最小，以此實現(xiàn)兩者之間的解耦控制。綜上，本發(fā)明具有以下有益效果：1、全液壓自主移動機械臂的雙機械臂具有15個自由度的仿人雙臂結(jié)構(gòu)，能夠完成“回轉(zhuǎn)”、“俯仰”、“橫滾”、“抓取”等動作，更好的適應(yīng)作業(yè)的需要。2、全液壓自主移動機械臂特有的手眼相機、導航相機和大視場伺服相機，為平臺的精準導航和精確安裝提供了保證。3、全液壓自主移動機械臂能夠完全自主的完成輪胎制造生產(chǎn)過程中一系列工序，運行安全，安裝精確，工作高效。4、實現(xiàn)了全液壓自主移動機械臂的控制，填補了輪胎制造業(yè)中生產(chǎn)過程的自動化中的空白，為工人職業(yè)健康水平的顯著改善提供有力保障，帶來巨大的市場價值。以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。