[发明专利]一种自主类人双臂机器人及其对运动目标的跟踪操作系统

权利要求书

1.一种自主类人双臂机器人对运动目标的跟踪操作系统，其特征在于：其包括高冗余类人双臂移动服务机器人系统的构建、运动模型的构建、基于整体性速度分解控制算法高冗余类人双臂移动服务机器人的系统仿真、基于PTZ视觉系统图像信息和基于激光传感器深度信息的多模态数据融合的目标捕获辨识和抓取系统、基于三维C空间的增强型概率地图改进型A*算法的路径规划研究、高冗余类人双臂移动服务机器人双臂末端执行器前置跟踪运动目标研究；

高冗余类人双臂移动服务机器人系统的构建：双轮差速驱动移动平台(2)和固定类人双臂机器人组成基于ROS系统的高冗余类人双臂移动服务机器人，该高冗余类人双臂移动服务机器人系统有16个自由度，固定类人双臂机器人包括头部和七自由度类人双臂(3)，其中双臂中每个手臂各有七个自由度，移动平台有两个自由度；

运动模型的构建：包括建立双轮差速驱动移动平台运动模型、固定类人双臂机器人运动模型和高冗余类人双臂移动服务机器人运动模型；

基于PTZ视觉系统图像信息和基于激光传感器深度信息的多模态数据融合的目标捕获辨识和抓取系统：包括：一、基于PTZ视觉系统图像信息采集和目标定位，即通过摄像机、USB1路STK1160芯片视频采集卡转换视频为计算机接收信息，从视频信息中提取图片，然后使用MATLAB对图片处理，首先基于目标颜色和外形双重特征值对目标进行识别，然后通过单目测距原理将二维图片转换为三维空间模型，并且利用空间相似三角形比进行计算并求出目标位置；基于二维激光轮廓测量传感器进行目标采集和目标定位；二、基于二维激光轮廓测量传感器进行目标采集和目标定位，即通过使用二维激光轮廓传感器将目标的深度信息进行提取得到一个高精度的深度信息；

基于三维C空间的增强型概率地图改进型A*算法的路径规划研究：采用增强型概率地图方法，在自由位姿空间中小于临界值点不进行采样，基于自由空间法，将类人双臂移动服务机器人双臂末端执行器视为质点，将其周围的障碍物及边界按比例相应地扩大，使所述执行器能够在障碍物空间中移动到任意一点，而不与障碍物及边界发生碰撞，然后将环境栅格化，将所述执行器置于矩形方格内；

高冗余类人双臂移动服务机器人双臂末端执行器前置跟踪运动目标研究：类人双臂移动服务机器人首先沿着迎面交汇的方式向目标逼近，然后在预定的位置进行转向，最后沿着与目标相同方向运动，在目标轨道的前方捕获目标，根据类人双臂移动服务机器人和目标的相对运动关系，利用经典力学理论建立该类人双臂移动服务机器人的三维前置追踪运动学模型，同时能够建立三维前置追踪的制导方程，并分析满足追踪的参数和初始条件限制，采用面向任务的协作式方法对类人双臂移动服务机器人双臂末端执行器进行整体性运动规划以及设计跟踪算法获取目标信息；

所述固定类人双臂机器人运动模型采用开源式ROS系统，且设有多传感器，在固定类人双臂机器人的头部(1)和所述七自由度类人双臂(3)中都装有摄像头，组成双视频监控系统；七自由度类人双臂(3)中每个关节都装有位置、速度和力反馈系统；且装有360°声呐传感器、双目视觉系统和激光雷达系统，其中所述双目视觉系统用于对目标的精确的识别、测距和环境建模，配有的激光雷达系统用以对目标的精确定位，激光雷达系统采用二维激光测距扫描传感器Gocator2380，固定类人双臂机器人运动模型中的P_s为固定类人双臂机器人与目标接触点；P_e和P′_e分别表示左、右臂末端执行器，坐标分别是(x_e，y_e，z_e)和(x′_e，y′_e，z′_e)；l_i表示左、右臂各个关节的长度，其中i＝1，…，4；θ_i和θ′_i分别表示左、右臂各个关节的角度，其中i＝1，…，7，和的关系能够由下式进行描述：

其中：是一个3×1向量，表示固定类人双臂机器人中左臂末端执行器速度；是一个3×1向量，表示固定类人双臂机器人中左臂的6个关节角速度；J_{d_l_f}表示该固定类人双臂机器人中左臂的雅可比矩阵；

即和的关系能够由下式进行描述：

其中：是一个3×1向量，表示该固定类人双臂机器人中右臂末端执行器的速度；是一个6×1向量，表示固定类人双臂机器人的右臂的6个关节的角速度；J_{d_r_f}表示固定类人双臂机器人的右臂的雅可比矩阵。