[發明專利]一種柔性機械臂的軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 201710320365.6
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN106970594B
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 張勇
• 申請（專利權）人: 京東方科技集團股份有限公司
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 郭潤湘

本發明公開了一種柔性機械臂的軌跡規劃方法，不依賴于柔性機械臂的數學模型，而是通過強化學習算法動態地調整控制參數，從而為解決柔性機械臂的軌跡規劃問題提供了一個新思路。所述柔性機械臂的軌跡規劃方法，該方法包括：根據柔性機械臂的當前位姿和期望位姿，確定所述柔性機械臂運動軌跡的跟蹤誤差方程；根據柔性機械臂的狀態和所述跟蹤誤差方程，確定所述柔性機械臂運動軌跡的代價函數；根據所述代價函數，和對所述柔性機械臂的控制策略，確定所述柔性機械臂運動軌跡的性能指標函數；基于強化學習算法確定使所述性能指標函數最小的最優控制策略，得到對期望運動軌跡的跟蹤。

技術領域

本發明涉及機械臂技術領域，尤其涉及一種柔性機械臂的軌跡規劃方法。

背景技術

柔性機械臂由于其高速、低耗、質輕等優點，在制作業、航空航天等領域的應用越來越多。因此，目前對柔性機械臂的研究收到廣泛的關注。機械臂軌跡規劃是其中一個重要問題，關鍵是根據作業任務的要求，計算出機械臂預期的運動軌跡。

現有的軌跡規劃算法重要的是要求機械臂對環境有全面的感知能力，對工作環境狀態信息的依賴程度也相對較高。例如，現有的采用遺傳算法對機械臂進行軌跡規劃時，首先要對機械臂建立精確的運動學和動力學模型，然后基于模型再優化末端執行器的軌跡曲線。考慮到柔性機械臂本身所具有的高度非線性、強耦合和時變等特點，建立起精確的模型往往很難，導致傳統的基于模型的算法無法進行有效控制和軌跡規劃。

因此，現有技術中主要是在對機械臂進行運動學和動力學建?；A上，然后在關節空間或笛卡爾空間中，通過解變換方程、運動學/動力學方程反解，或者差值運算來實現柔性機械臂的軌跡規劃。但是如果對機械臂建模不精確或運行環境發生變化，傳統的計算方法可靠性會降低，無法有效控制和軌跡規劃。

發明內容

本發明提供一種柔性機械臂軌的跡規劃方法，不依賴于柔性機械臂的數學模型，而是通過強化學習算法動態地調整控制參數，從而為解決柔性機械臂的軌跡規劃問題提供了一個新思路。

本發明實施例提供了一種柔性機械臂的軌跡規劃方法，該方法包括：

根據機械臂的當前位姿和期望位姿，確定所述機械臂運動軌跡的跟蹤誤差方程；

根據柔性機械臂的狀態和所述跟蹤誤差方程，確定所述柔性機械臂運動軌跡的代價函數；

根據所述代價函數，和對所述柔性機械臂的控制策略，確定所述柔性機械臂運動軌跡的性能指標函數；

基于強化學習算法確定使所述性能指標函數最小的最優控制策略，得到對期望運動軌跡的跟蹤。

在一種可能的實施方式中，本發明實施例提供的上述機械臂軌跡規劃的方法中，根據機械臂的當前位姿和期望位姿，確定所述柔性機械臂運動軌跡的跟蹤誤差方程，包括：

采用下述公式確定所述跟蹤誤差方程：

其中，y_k為第k時刻機械臂的當前位姿，為第k時刻機械臂的期望位姿。

在一種可能的實施方式中，本發明實施例提供的上述柔性機械臂軌的跡規劃方法中，根據柔性機械臂的狀態和所述跟蹤誤差方程，確定所述柔性機械臂運動軌跡的代價函數，具體包括：

采用下述公式確定所述柔性機械臂運動軌跡的代價函數：

其中，

x_k為第k時刻所述柔性機械臂的狀態，e_k為第k時刻所述柔性機械臂的跟蹤誤差，P、S和R分別為對應的權重矩陣。

在一種可能的實施方式中，本發明實施例提供的上述柔性機械臂軌的跡規劃方法中，根據所述代價函數和對所述柔性機械臂的控制策略，確定所述柔性機械臂運動軌跡的性能指標函數，具體包括：