排爆机器人控制与无线通讯系统

图4 机械手轨迹规划示意图

　　位于中间层的控制是机械手抓取运动控制中最关键的部分。它实际上是一个补间器。机械手的运动控制可分为姿态控制与手位置控制。腰、大臂、小臂、手爪的控制，是由主控计算机通过机械手运动学位移问题进行反向运动求解，得出腰、大臂、小臂、手爪的位置，然后给出各关节位置指令传至上述关节的嵌入式系统控制计算机，完成带有速度反馈环的位置控制。四个关节的运动速度通过机械手的轨迹规划来决定，从而避免机械手的蛇形运动。由于有触觉传感器，手爪可以自动控制，也可以是在图像信号的指引下作精细“柔软控制”。抓取可疑爆炸物时，控制手爪夹持力约大于可疑爆炸物脱落重力，不至用力过大而夹坏可疑爆炸物，从而完成专家指定的动作。

　　位于最下层是控制级位置控制器与速度调节器均采用成熟的PID（包括P、PI、PD）控制。当PID控制其选择合适的参数时，具有一定鲁棒性，简单、实用。当PID无法实现有效控制时，可改进之或结合其它方法，如前馈控制。运动控制包括机械手各个关节运动控制和行走运动，初步统计控制回路有13路，如图5所示。

图5 自动控制原理图

　　嵌入式控制计算机根据上位计算机传来的位置与速度信号，对各个伺服机构进行位置与速度设定，按控制规律（如PID）对伺服电机进行控制，使实际位置按预计的速度跟踪或运动到目标位置。

机器人的手眼协调系统：机器人的手眼协调系统是本系统最大亮点之一。由于于补间器算法需要知道目标物与机器人基坐标（一般是机械人的腰关节底座），相对空间座标才能求解。而本系统目标物是在未知环境里。这相对坐标必须由于手眼协调系统来求解。排爆机器人机械手上装有双目系统，利用双目系统和目标物可构成“测矩三角型”，原理示意如图6。测矩三角型求得距离误差较大，需要利用激光测距的“光斑”辅助测矩，从而获得坐标物的空间座标。随着机器人的双目接近目标物，目标物与基坐标的相对坐标精度提高，经过数次双目逼近目标物之后，最终实现机械手准确地抓到目标物。

图6 测矩三角型原理图