排爆機器人控制與無(wú)線(xiàn)通訊系統

圖4 機械手軌跡規劃示意圖

　　位于中間層的控制是機械手抓取運動(dòng)控制中最關(guān)鍵的部分。它實(shí)際上是一個(gè)補間器。機械手的運動(dòng)控制可分為姿態(tài)控制與手位置控制。腰、大臂、小臂、手爪的控制，是由主控計算機通過(guò)機械手運動(dòng)學(xué)位移問(wèn)題進(jìn)行反向運動(dòng)求解，得出腰、大臂、小臂、手爪的位置，然后給出各關(guān)節位置指令傳至上述關(guān)節的嵌入式系統控制計算機，完成帶有速度反饋環(huán)的位置控制。四個(gè)關(guān)節的運動(dòng)速度通過(guò)機械手的軌跡規劃來(lái)決定，從而避免機械手的蛇形運動(dòng)。由于有觸覺(jué)傳感器，手爪可以自動(dòng)控制，也可以是在圖像信號的指引下作精細“柔軟控制”。抓取可疑爆炸物時(shí)，控制手爪夾持力約大于可疑爆炸物脫落重力，不至用力過(guò)大而夾壞可疑爆炸物，從而完成專(zhuān)家指定的動(dòng)作。

　　位于最下層是控制級位置控制器與速度調節器均采用成熟的PID（包括P、PI、PD）控制。當PID控制其選擇合適的參數時(shí)，具有一定魯棒性，簡(jiǎn)單、實(shí)用。當PID無(wú)法實(shí)現有效控制時(shí)，可改進(jìn)之或結合其它方法，如前饋控制。運動(dòng)控制包括機械手各個(gè)關(guān)節運動(dòng)控制和行走運動(dòng)，初步統計控制回路有13路，如圖5所示。

圖5 自動(dòng)控制原理圖

　　嵌入式控制計算機根據上位計算機傳來(lái)的位置與速度信號，對各個(gè)伺服機構進(jìn)行位置與速度設定，按控制規律（如PID）對伺服電機進(jìn)行控制，使實(shí)際位置按預計的速度跟蹤或運動(dòng)到目標位置。

　　機器人的手眼協(xié)調系統：機器人的手眼協(xié)調系統是本系統最大亮點(diǎn)之一。由于于補間器算法需要知道目標物與機器人基坐標（一般是機械人的腰關(guān)節底座），相對空間座標才能求解。而本系統目標物是在未知環(huán)境里。這相對坐標必須由于手眼協(xié)調系統來(lái)求解。排爆機器人機械手上裝有雙目系統，利用雙目系統和目標物可構成“測矩三角型”，原理示意如圖6。測矩三角型求得距離誤差較大，需要利用激光測距的“光斑”輔助測矩，從而獲得坐標物的空間座標。隨著(zhù)機器人的雙目接近目標物，目標物與基坐標的相對坐標精度提高，經(jīng)過(guò)數次雙目逼近目標物之后，最終實(shí)現機械手準確地抓到目標物。

圖6 測矩三角型原理圖