[發(fā)明專利]一種抗噪聲干擾的冗余度機械臂路徑規(guī)劃方法

有效

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• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN108015763B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張智軍;孔令東
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 劉巧霞

本發(fā)明公開了一種抗噪聲干擾的冗余度機械臂路徑規(guī)劃方法及系統(tǒng)，所述方法包括：1)根據(jù)實際冗余度機械臂參數(shù)指標(biāo)建立時變二次規(guī)劃模型，并引入冗余度機械臂的性能指標(biāo)；2)使用拉格朗日乘數(shù)法，對時變二次規(guī)劃模型進行最優(yōu)值優(yōu)化；3)根據(jù)優(yōu)化公式設(shè)計一個標(biāo)準(zhǔn)矩陣等式；4)根據(jù)實際物理模型系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)矩陣等式，設(shè)計出系統(tǒng)的偏差函數(shù)方程；5)根據(jù)偏差函數(shù)方程及冪型變參遞歸神經(jīng)動力學(xué)方法設(shè)計一種抗噪聲干擾的冗余度機械臂路徑規(guī)劃方法，該方法所求得到的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)解即為最優(yōu)解。本發(fā)明在外界噪聲環(huán)境的干擾下，冗余度機械臂的實際運動路徑也能夠與期望路徑重合，大大提高了計算速度，具有精度高、收斂快、實時性強、魯棒性好等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種機械臂路徑規(guī)劃方法，尤其涉及一種抗噪聲干擾的冗余度機械臂路徑規(guī)劃方法。

背景技術(shù)

所謂噪聲干擾，就是在機械設(shè)備執(zhí)行操作任務(wù)時，周邊負(fù)載設(shè)備的開關(guān)機、發(fā)電機、無線電通訊等對正在執(zhí)行操作任務(wù)的機械造成的各種各樣變化負(fù)責(zé)的干擾。噪聲干擾往往會對精密器械或計算機設(shè)備造成故障，還可能造成程序與檔案的執(zhí)行錯誤等。因此，在考慮一個復(fù)雜的機械系統(tǒng)的路徑規(guī)劃及操作時，把噪聲項造成的影響考慮進去是非常必要的。

所謂冗余度，就是從安全角度考慮多余的一個量，這個量就是為了保障儀器、設(shè)備或某項工作在非正常情況下也能正常運轉(zhuǎn)。目前大多現(xiàn)代產(chǎn)品和工程設(shè)計中都應(yīng)用了冗余度這個思想和理論。冗余度機械臂指機械臂自由度的數(shù)量多于完成任務(wù)時所必須的自由度的數(shù)量，由于具有更多的自由度，冗余度機械臂在完成末端執(zhí)行器的各種任務(wù)時，還可以同時完成諸如障礙物躲避、關(guān)節(jié)角極限約束、機械臂奇異等額外工作。傳統(tǒng)用于解決冗余度機械臂逆運動學(xué)問題的方法是基于偽逆的方法，該方法計算量大、實時性差、問題約束單一，在實際的機械臂應(yīng)用與操作中受到極大制約。近年來，基于二次規(guī)劃問題的用于解決冗余度機械臂運動規(guī)劃的方案被提出，并得到了一定的發(fā)展。這其中又分為數(shù)值方法求解器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解器。相較于傳統(tǒng)的數(shù)值方法求解器，最近新興出現(xiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)求解器由于其實時性能好、效率高等特點，越來越受到人們追捧。

而在現(xiàn)有技術(shù)中，最接近于解決二次規(guī)劃問題的方法是離散數(shù)值方法，但在面對龐大且復(fù)雜的數(shù)據(jù)時，這樣一種方法顯然是效率不足且不穩(wěn)定的。于是，一種基于梯度下降的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型被提出，并用于求解二次規(guī)劃問題。然而，這樣一種基于梯度下降的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不能很好地解決二次規(guī)劃問題，因為實際情況往往與事件相關(guān)，這樣必然會導(dǎo)致實驗產(chǎn)生一些無法估計的剩余誤差，且這些誤差無法收斂到零。這就意味著，我們在處理二次規(guī)劃問題時，需要更快的收斂速度和更高的收斂精度。在這樣一個背景下，張神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被提出并得到了很好的發(fā)展。張神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種用于解決機械臂路徑規(guī)劃的傳統(tǒng)方法，這樣一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠解決時變條件下的二次規(guī)劃問題。通過衍生出的時間系數(shù)，張神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以得到二次規(guī)劃問題的最有化解。然而，在計算數(shù)據(jù)變得龐大，尤其是要考慮復(fù)雜的噪聲干擾時，我們往往需要更多的時間去計算結(jié)果，這對于實踐操作是不利的。

由于傳統(tǒng)的梯度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和張神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等固定參數(shù)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法要求收斂參數(shù)(實際電路系統(tǒng)中為電感參數(shù)值或電容參數(shù)的倒數(shù)值)需要被設(shè)定得盡可能的大，以得到更快的收斂性能。當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在實際的系統(tǒng)中時，這樣一種要求是不實且難以滿足的。除此之外，在實際系統(tǒng)中，電感參數(shù)值和電容參數(shù)值的倒數(shù)通常是時變的，特別是大型的電力電子系統(tǒng)，交流電機控制系統(tǒng)，電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定為固定值是不合理的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抗噪聲干擾的冗余度機械臂路徑規(guī)劃方法，該方法能夠在外界噪聲環(huán)境的干擾下，使冗余度機械臂的實際運動路徑也能夠與期望路徑重合，大大提高了計算速度，具有精度高、收斂快、實時性強、魯棒性好等特點。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種抗噪聲干擾的冗余度機械臂路徑規(guī)劃系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到：

一種抗噪聲干擾的冗余度機械臂路徑規(guī)劃方法，所述方法包括：