(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210509799.1 (22)申请日 2022.05.11 (71)申请人 新疆大学 地址 830046 新疆 维吾尔自治区乌鲁 木齐 市天山区胜利路6 66号新疆大学 (72)发明人 贾焦予　袁杰　郭振宇　刘强　 马圣山　赵元龙　李中华　赵康迪　 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种有限空间下机器人羽流源标识运动规 划及其作业方法 (57)摘要 本发明提供一种有限空间下机器人羽流源 标识运动规划及其作业方法， 主要解决羽流寻源 完成后有限空间下的羽流源 标识作业问题， 以实 现羽流寻源后的实时标识及可靠二次辨识， 是实 际抢险作业中的重要问题。 首先对本发明选用的 七自由度冗余串联机器人， 进行多种不同自由度 构型作业模式的研究； 然后对机器人不同构型下 的不同结构分别进行正逆运动学分析和建模， 对 其工作空间进行了分析； 最后基于视觉伺服识别 羽流泄漏源位置的三维位姿， 确定机器人的标识 作业区域， 提出了一种基于有限空间触发的标识 机器人结构 模式转换方法， 结合机器人的工作空 间选取适宜的机械臂作业模式， 实现了有限空间 下机器人羽流源标识运动规划。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 114952829 A 2022.08.30 CN 114952829 A 1.一种有限空间下机器人羽流源标识运动规划及其作业方法， 其特征在于， 具体步骤 如下： （1） 对本发明选用的七自由度冗余串联机器人， 进行多种不同自由度构型作业模式的 研究； （2） 对机器人不同构型下的不同结构分别进行正逆运动学分析和建模， 对其工作空间 进行分析； （3） 对有限空间下机器人羽流源标识运动规划进行研究； （4） 对有限空间下机器人羽流源标识作业模式切换 方法进行研究。 2.如权利要求1所述的一种有限空间下机器人羽流源标识运动规划及其作业方法， 其 特征在于， 步骤 （1） 中所述的对选用的七自由度冗余串联机器人， 进 行多种不同自由度构型 作业模式的研究： 所述七自由度冗余串联机器人由七个旋转关节构成， 关节1的轴线垂 直于 基座， 关节3、 5、 7轴线与机械臂连杆几何中心重合， 关节2、 4、 6的轴线与前后两个关节轴线 的交点垂直； 为满足实际危险环境下有限空间的作业限制， 针对不同大小及形态的工作 空 间， 为机器人设置了多种不同自由度构型 的机器人作业模式， 根据固定关节数量的不同主 要分为7DOF构型、 6DOF构型、 5DOF构型和4DOF构型； 所述7DOF构型、 6DOF构型、 5DOF构型和 4DOF构型及其构型下的不同机器人作业结构， 其工作空间和 灵巧工作空间皆有所不同， 需 分别进行正逆运动学分析和工作空间分析。 3.如权利要求1所述的一种有限空间下机器人羽流源标识运动规划及其作业方法， 其 特征在于， 步骤 （2） 中所述的对机器人不同构型下的不同结构分别进行正逆运动学分析和 建模： 运用经典的D ‑H参数法推导七自由度机械臂的运动学正解； 运用位姿分离法、 几何法 和最短行程原则相结合的方法进行运动学逆解的解 算， 实现精度高， 计算 量小的逆解 算法。 4.如权利要求1所述的一种有限空间下机器人羽流源标识运动规划及其作业方法， 其 特征在于， 步骤 （2） 中所述的对机器人进 行正逆运动学建模与分析的基础上， 对其工作空间 进行分析： 根据推导出 的羽流源标识机器人不同构型下不同结构的运动学正逆解， 运用蒙 特卡罗法仿真其工作空间点云图， 并把工作 空间点云图分层， 以各个子空间体积的相 叠加 近似求解其工作空间体积， 并基于工作空间体积进行连杆长度对工作空间体积的影响分 析； 根据机械臂在实际环境有限空间下完成羽流源标识作业的限制， 对七自由度机械臂的 结构参数进行优化分析， 使其具有更高的性能， 以便在有限空间下 更高效的完成标识作业。 5.如权利要求1所述的一种有限空间下机器人羽流源标识运动规划及其作业方法， 其 特征在于， 步骤 （3） 中所述的有限空间下机器人羽流源标识 运动规划研究:针对有限空间下 冗余机械臂进 行标识作业的最优轨迹规划问题， 主要进行基于时间——作业空间最优的轨 迹规划研究； 考虑笛卡尔空间， 关节空间等方面， 在羽流源识别与定位的基础上， 描述机器 人在实际任务中的期望运动路径， 结合运动学 的研究工作， 实时计算机器人运动的相关运 动参数， 确定机器人的运动情况； 采用基于位置的视觉伺服， 结合深度图像进行三维重构， 识别羽流泄漏源位置的三维位姿， 确定机器人 的标识作业区域， 并为标识作业提供视觉信 息， 结合机器人的工作空间选取适宜的机械臂作业模式， 然后根据羽流源的位置， 对标识作 业进行有限空间下的最优轨 迹规划完成标识任务。 6.如权利要求1所述的一种有限空间下机器人羽流源标识运动规划及其作业方法， 其 特征在于， 步骤 （4） 中所述的有限空间下机器人羽流源标识作业方法研究:  针对有限空间权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114952829 A 2下机器人羽流源标识作业， 本发明提出一种基于有限空间触发的标识机器人作业模式转换 方法， 设计多种不同自由度构型 的机器人作业模式进行实时转换， 以适应不同的工作空间 区域及大小， 实现羽流源标识作业。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114952829 A 3