全区域覆盖可拓展模块化移动机械臂控制系统研究

可移动平台和机械臂两个子系统的协调控制可以使移动机械臂拥有高度的运动冗余性和几乎无限大的工作空间。项目组针对协调控制系统存在的动力学强耦合、运动学冗余、非完整约束限制等问题，以全区域覆盖可拓展模块化移动机械臂为研究对象，研究基于信息交连的可拓扑通信网络架构，并提出一种柔性、可拓展模块化机械臂的研究思路与控制策略，完善移动机械臂系统分散、集中控制过程中的最优运动规划方法，实现移动机械臂全区域覆盖自主导航；提出一种模块化移动机械臂分散-集中自主切换并协调控制的策略，以避开动静态障碍物并保证路径最短为原则，综合运用可变优先级与包容式结构算法等分析手段，研究分散-集中控制多目标优化函数，建立切换并协调控制系统模型，实现移动机械臂多模态切换控制，同时研制出全区域覆盖可拓展模块化移动机械臂系统样机，并进行实验研究；本项目的研究可为研制和开发整体性能更优的移动机械臂提供参考和借鉴。

可移动平台和机械臂两个子系统的协调控制可以使移动机械臂拥有高度的运动冗余性和几乎无限大的工作空间。本项目针对可移动平台和机械臂各子系统动力学耦合、运动学冗余、非完整约束限制等问题，以全区域覆盖可拓展模块化移动机械臂为研究对象，课题组进行了以下方面的研究：.（1）研究了可拓展模块化机械臂的轨迹规划方法与控制策略，设计了一种基于关节空间、笛卡尔空间轨迹规划算法，采用运动控制算法仿真技术，提升了可拓展模块化机械臂轨迹曲线拟合和平滑的特性，在移动机器人平台中实现了模块化机械臂手爪模块的柔性抓取。.（2）研究了移动机械臂分散、集中控制过程中的最优运动规划，解决了在机械臂操作空间、质量等约束条件下的移动平台镇定性问题，提出了一种可移动平台与机械臂相互协调控制策略，实现了基于激光、双目视觉等视觉传感器的SLAM及信息融合后全区域覆盖自主导航策略，同时确保了机械臂在不完整约束下移动平台自主导航的稳定性。.（3）研究了模块化机械臂与移动平台之间的分散-集中自主切换与协调控制策略，提出了一种分散-集中控制的多目标优化函数，使用该目标优化函数设计出一种分散-集中控制自主切换的控制器，实现了移动机械臂的多模态自主切换，同时根据移动机械臂的外部感知信息，提出了一种移动机械臂分散、集中控制灵活切换的协调控制策略，解决了各关节模块之间、机械臂与可移动平台之间、以及抓取时模块与平台之间协调问题。.（4）对基于信息交连的分散、集中控制通信网络架构进行了研究，实现了移动机械臂各关节模块之间、机械臂与可移动平台之间的信息交互，使得机械臂可以通过随机自主调整各关节模块，达到了模块化机械臂三维空间的全区域覆盖目标。.（5）研制了全区域覆盖可拓展模块化移动机械臂系统样机，并使用该样机实现了自主开门的实验。