[发明专利]一种多关节臂架的位姿检测与控制装置和方法

说明书

本发明涉及一种多关节臂架的位姿检测及控制装置和方法，该检测装置包括：多关节臂架包括多节臂架支臂，每节臂架支臂可绕上一节臂架支臂的末端相对旋转；包括激光测距仪、光电传感器和可调偏角反射镜；激光测距仪设置在臂架支臂的末端，且激光测距方向指向臂架支臂的根部的旋转中心；光电传感器安装在激光测距仪垂直于激光测距方向的侧方，且朝向臂架支臂并用于判断臂架支臂的挠度变形方向；可调偏角反射镜安装在臂架支臂的根部的旋转中心处且与旋转中心同轴。本发明可确定臂架支臂末端的实际位姿的精确值，并能快速和精确的实现位姿的精确控制。

技术领域

本发明涉及多关节柔性臂架运动的精度监测和控制技术领域，尤其涉及一种多关节臂架的位姿检测与控制装置和方法。

背景技术

多关节柔性臂架在工程机械中应用非常广泛。多关节柔性臂架是通过多个铰接的支臂相对旋转和伸缩，将安装在臂架末端的执行机构按设定角度和方向移动至工作位置，以对工作对象进行施工操作。由于执行机构重量和工作反力(载荷作用)等影响，臂架会产生挠度变形，实际位姿情况与理论计算的结果会产生误差，影响了施工操作的准确性。

目前，一般是通过检测各支臂的实际倾斜角度，与理论数值进行比对，将补偿参数代入控制模型进行修正来解决挠度变形的问题。但这种方式存在较大误差。即使准确测量了各支臂关节处的倾角和伸缩距离，由于挠性变形的累积，仍难以确定多关节柔性臂架末端的准确位姿参数。参考图1，图1中实线为理论位姿，双点划线为载荷作用下实际位姿，可见，载荷作用下实际位姿与理论位姿仍存在偏差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种多关节臂架的位姿检测装置与控制装置和方法，其解决了由于挠性变形的累积，即使准确测量了各支臂关节处的倾角和伸缩距离，仍难以确定多关节柔性臂架末端的准确位姿参数的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种多关节臂架的位姿检测装置，多关节臂架包括多节臂架支臂，每节臂架支臂可绕上一节臂架支臂的末端相对旋转；包括激光测距仪和可调偏角反射镜；

激光测距仪设置在臂架支臂的末端，且激光测距方向指向臂架支臂的根部的旋转中心；

可调偏角反射镜安装在臂架支臂的根部的旋转中心处且与旋转中心同轴。

本发明实施例提出的多关节臂架的位姿检测装置，通过可调偏角反射镜、光电传感器与激光测距仪配合对臂架支臂的末端的实际位姿进行检测，可以快速准确地检测到臂架支臂的末端的实际位姿，可以测得挠性变形的累积对位姿的真实作用和精确位置。

可选地，臂架支臂的末端安装有用于带动下一节臂架支臂旋转的销轴或执行机构。

可选地，臂架支臂在长度方向上可伸缩滑移或固定长度。

可选地，还包括光电传感器，光电传感器的数量为至少两个，至少两个的光电传感器分别布设于在激光测距仪垂直于激光测距方向的径向两侧，且朝向旋转中心，并用于判断臂架支臂的挠度变形方向。

可选地，垂直于激光测距方向的径向两侧为臂架支臂的末端的载荷作用方向的一侧与对应的反方向的一侧。

可选地，还包括控制系统，控制系统分别与激光测距仪、光电传感器以及可调偏角反射镜电性连接，并用于：

可选地，驱动臂架支臂按预设角度旋转，根据光电传感器的采集得到的臂架支臂的挠度变形方向，控制可调偏角反射镜朝向挠度变形方向的反方向进行偏角微调，以使得激光测距仪接收到自身发射的测量光束；

可选地，当激光测距仪接收到自己发射的测量光束时，读取可调偏角反射镜的当前位置的角度信息和激光测距仪测量得到的距离信息；得到臂架支臂末端的实际位姿。