一种电动挂接举升臂及车臂协同挂接规划方法技术

本发明专利技术提供了一种电动挂接举升臂及车臂协同挂接规划方法，包括如下步骤：步骤S1：电动挂接举升臂结构模型设计；步骤S2：搭建车臂系统；步骤S3：基于车臂系统的等效冗余机械臂数学模型转换方法实现；步骤S4：基于等效冗余机械臂数学模型的车臂协同规划方法实现。应用本技术方案可提高机场飞机挂架的挂点挂接作业的机动性，大大减少人力成本，进一步增强指令的准确性。的准确性。的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种电动挂接举升臂及车臂协同挂接规划方法


[0001]本专利技术涉及电动智能化挂接
，特别是一种电动挂接举升臂及车臂协同挂接规划方法。

技术介绍

[0002]目前，机场在针对飞机挂架挂点进行载荷设备举升挂接作业时，一般采用人工操控的半自动化液压挂接装置进行挂接作业。作业时首先由辅助观察手观察挂架挂点和载荷设备挂钩之间的相对位置并指挥操作手操纵控制杆，控制半自动化液压挂接装置作动，从而实现载荷设备的挂接。但当载荷设备非常接近飞机挂架挂点时，由于挂架周围空间狭小以及载荷设备固有尺寸的遮挡，造成了辅助观察手可观察范围极小，此时辅助观察手无法准确观测飞机挂架挂点与载荷设备挂钩之间的大致相对位置关系，无法给出装置操控人员准确的操控指令，最终造成挂接作业困难。据统计，一次面向飞机挂架挂点的载荷设备挂接作业需要5
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6名训练有素的人员相互配合完成，并且由于视野盲区的问题导致挂接成功率低下，会出现多次调整载荷设备位置导致重复作业，直接影响挂接作业效率，可见采用人工操控挂接装置及观察手给出挂接调整指令的方法具有较多缺点。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种电动挂接举升臂及车臂协同挂接规划方法，提高了机场飞机挂架的挂点挂接作业的机动性，大大减少了人力成本，进一步增强了指令的准确性。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电动挂接举升臂及车臂协同挂接规划方法，包括如下步骤：
[0005]步骤S1：电动挂接举升臂结构模型设计；
>[0006]步骤S2：搭建车臂系统；
[0007]步骤S3：基于车臂系统的等效冗余机械臂数学模型转换方法实现；
[0008]步骤S4：基于等效冗余机械臂数学模型的车臂协同规划方法实现。
[0009]在一较佳的实施例中，步骤S1中，电动挂接举升臂具有一定的运动范围，其可与移动平台固定连接组合成为车臂系统从而进一步提升运动作业范围与作业机动性，同时电动挂接举升臂在结构上保证前端适用性托盘在升降过程中的水平，保证适用性托盘上的载荷设备在升降挂接运动过程中的水平平稳。
[0010]在一较佳的实施例中，步骤S2中，所述的车臂系统搭建，所设计的电动挂接举升臂的旋转基座装置与移动平台进行固定连接。
[0011]在一较佳的实施例中，步骤S3中，根据所搭建的车臂系统获取移动平台自由度n(n＝1,2,3)以及移动平台几何中心点与旋转基座几何中心点偏置信息e，其中n代表移动平台在平面内的自由度，其最大自由度为横移、纵移、旋转，共3个自由度；偏置e代表以移动平台几何中心为坐标原点，指向旋转基座几何中心的向量长度具体表示为：
[0012][0013]通过等效冗余机械臂转换方法建立车臂系统的等效冗余机械臂数学模型；其中，针对所设计的电动对接举升臂已提前搭建数学模型并进行模块封装，电动对接举升臂数学模型J1表示为：
[0014][0015]根据移动平台自由度n以及偏置e，得移动平台数学模型J2，表示为：
[0016][0017]则最终得到车臂系统等效冗余机械臂模型J＝J1J2。
[0018]在一较佳的实施例中，步骤S4中，基于等效冗余机械臂数学模型的车臂协同规划方法实现，根据获取到的挂接目标空间三维位置信息(x
e
,y
e
,z
e
)，以及车臂系统的等效冗余机械臂数学模型J,要求等效冗余机械臂协同规划过程中的位移、速度、加速度均连续，此时建立起等效冗余机械臂协同规划的位移、速度、加速度方程：
[0019][0020]根据车臂系统传感器信息得到电动对接举升臂此时适应性托盘几何中心空间三维位置信息(x0,y0,z0)，将适应性托盘此时信息(x0,y0,z0)作为协同规划起始条件，挂接目标空间位置信息(x
e
,y
e
,z
e
)作为结束条件，联立组成方程P,利用等效冗余机械臂数学模型J,利用规划方程JR＝P即求得等效冗余机械臂协同规划结果R(q1,q2,q3,q4,q5)；随后将等效冗余机械臂协同规划结果R,基于等效冗余机械臂数学模型的规划结果分别解算为车臂系统中移动平台的规划结果R1(x
p
,y
p
,θ
p
)和电动对接举升臂的规划结果R2(θ1,θ2)。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]根据移动平台自由度以及电动挂接举升臂旋转基座几何中心相对于移动平台几何中心的偏置，可建立起车臂系统的等效冗余机械臂数学模型，随后利用等效冗余机械臂协同规划方法对该数学模型进行协同规划，规划完成后，将所规划的结果经过等效冗余机械臂数学模型转换方法反映射解算到车臂系统中，输出车臂系统协同规划结果，给出后续车臂运动控制指令。本方法设计的电动挂接举升臂具有良好的适用性、安全性与扩展性，其与移动平台组成的车臂系统，经本方法设计的等效冗余机械臂数学模型转换方法与协同规划方法，可以给出车臂协同运动的准确控制指令。相较于传统的挂接方法，本方法极大提高了机场飞机挂架的挂点挂接作业的机动性，大大减少了人力成本，进一步增强了指令的准确性。
附图说明
[0023]图1为本专利技术优选实施例的车臂系统协同规划流程图；
[0024]图2为本专利技术优选实施例的一种电动挂接举升臂结构设计图；
[0025]图3为本专利技术优选实施例的电动挂接举升臂旋转基座与移动平台连接示意图；
[0026]图4为本专利技术优选实施例的等效冗余机械臂数学模型转换方法模块框架图；
[0027]图5为本专利技术优选实施例的等效冗余机械臂协同规划方法框架图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[0029]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0030]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0031]参见图1，本专利技术提供了一种基于所设计的电动挂接举升臂的车臂协同规划方法，具体如下：本专利技术包含设计了一种电动挂接举升臂，该电动举升臂可以通过其旋转基座装置的支撑回转轴承副与移动平台相固定连接组成车臂系统。所组成的车臂系统通过本专利技术的等效冗余机械臂数学模型转换方法建立起车臂系统等效冗余机械臂数学模型，随后将获取的挂接目标位置信息(x
e
,y
e
,z
e
)及等效冗余机械臂数学模型J作为等效冗余机械臂协同规划方法的输入条件，将适应性托盘此时信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电动挂接举升臂及车臂协同挂接规划方法，其特征在于包括如下步骤：步骤S1：电动挂接举升臂结构模型设计；步骤S2：搭建车臂系统；步骤S3：基于车臂系统的等效冗余机械臂数学模型转换方法实现；步骤S4：基于等效冗余机械臂数学模型的车臂协同规划方法实现。2.根据权利要求1所述的一种电动挂接举升臂及车臂协同挂接规划方法，其特征在于，步骤S1中，电动挂接举升臂具有一定的运动范围，其可与移动平台固定连接组合成为车臂系统从而进一步提升运动作业范围与作业机动性，同时电动挂接举升臂在结构上保证前端适用性托盘在升降过程中的水平，保证适用性托盘上的载荷设备在升降挂接运动过程中的水平平稳。3.根据权利要求1所述的一种电动挂接举升臂及车臂协同挂接规划方法，其特征在于，步骤S2中，所述的车臂系统搭建，所设计的电动挂接举升臂的旋转基座装置与移动平台进行固定连接。4.根据权利要求1所述的一种电动挂接举升臂及车臂协同挂接规划方法，其特征在于，步骤S3中，根据所搭建的车臂系统获取移动平台自由度n(n＝1,2,3)以及移动平台几何中心点与旋转基座几何中心点偏置信息e，其中n代表移动平台在平面内的自由度，其最大自由度为横移、纵移、旋转，共3个自由度；偏置e代表以移动平台几何中心为坐标原点，指向旋转基座几何中心的向量长度具体表示为：通过等效冗余机械臂转换方法建立车臂系统的等效冗余机械臂数学模型；其中，针对所设计的电动对接举升臂已提前搭建数学模型并进行模块封装，电动对接举升臂数学模型J1表示为：根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈力，杜嘉宇，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：