[發明專利]一種冗余度機械臂的不同層性能指標同時優化方法

有效

• 申請號: 201110371688.0
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN102514008A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 張雨濃;郭東生;李克訥
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明;邱奕才

1.?一種冗余度機械臂的不同層性能指標同時優化方法，其特征在于包括如下步驟：

根據角度層、速度層和加速度層性能指標，通過引入權值調節因子，建立相應的冗余度解析方案，所述的解析方案受約束于速度、加速度的雅可比矩陣等式、機械臂的動力學方程、關節角度極限、關節速度極限、關節加速度極限和關節力矩極限；

利用角度層、速度層和加速度層性能指標的等效性及引入等效性參數，將冗余度解析方案轉化為一個統一的二次型規劃問題；

通過二次型規劃求解器對二次型規劃問題進行求解；

下位機控制器根據二次型規劃問題的求解結果，驅動機械臂使其完成給定的末端任務。

2.根據權利要求1所述的冗余度機械臂的不同層性能指標同時優化方法，其特征在于，不同層性能指標同時優化的冗余度解析方案設計為：

最小化???????????????????????????????????????????????，

其中、和分別對應于在角度層、速度層和加速度層上欲優化的性能指標，、和為權值調節因子且兩個或兩個以上權值調節因子同時不為零；表示關節角度，表示關節速度，表示關節加速度，表示關節力矩。

3.根據權利要求2所述的冗余度機械臂的不同層性能指標同時優化方法，其特征在于，角度層、速度層和加速度層性能指標同時優化的冗余度解析方案受約束于：

，，，，，，;

其中，等式約束對應于機械臂在速度層的末端運動軌跡，表示機械臂的雅可比矩陣，表示機械臂末端執行器的速度；等式約束對應于機械臂在加速度層的末端運動軌跡，表示雅可比矩陣的時間導數，表示機械臂末端執行器的加速度；等式約束為機械臂的動力學方程，表示機械臂的慣性矩陣，表示離心力變量，表示重力變量；、、和分別表示關節角度極限、關節速度極限、關節加速度極限和關節力矩極限。

4.根據權利要求3所述的冗余度機械臂的不同層性能指標同時優化方法，其特征在于，所述二次型規劃問題，其性能指標為，約束條件為，，，其中，只考慮不同層能量最小化方案時，當時，決策變量表示關節加速度，由權值調節因子，，對單位矩陣、慣性矩陣和的加權和獲得，由權值調節因子，，及等效性參數對，，和的加權和獲得，，；當時，決策變量表示關節速度，由權值調節因子,對單位矩陣的加權和獲得，由權值調節因子，和等效性參數的乘積獲得，，；上標表示矩陣或向量的轉置，用于關節力矩極限和無窮范數約束，表示的上下限。

5.根據權利要求4所述的冗余度機械臂的不同層性能指標同時優化方法，其特征在于，若所述不同層性能指標同時優化方法中含有最小力性能指標時，根據取值的不同，決策變量為上述對應變量加上輔助變量的向量增廣，所述輔助變量取值為最小力性能指標中的最大分量的絕對值，系數矩陣和以及系數向量也對應加進行增廣。

6.根據權利要求1到5所述的冗余度機械臂的不同層性能指標同時優化方法，其特征在于，通過二次型規劃求解器對二次型規劃問題進行求解，具體為：將所述二次型規劃問題進一步變換為分段線性投影方程，從而構造相應的二次型規劃求解器進行求解。