[發(fā)明專利]二次根式終態(tài)吸引的冗余機(jī)器人重復(fù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810876465.1
• 申請(qǐng)日: 2018-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN108908341B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫明軒;翁丁恩;張鈺;吳雨芯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

一種基于二次根式終態(tài)吸引性能指標(biāo)的冗余機(jī)器人重復(fù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，在笛卡爾空間中給定機(jī)器人末端執(zhí)行器的目標(biāo)終端軌跡r_d(t)，并給出各個(gè)關(guān)節(jié)的期望回?cái)n角度θ_d(0)；對(duì)于機(jī)器人的重復(fù)運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)一種使當(dāng)前關(guān)節(jié)向量與期望關(guān)節(jié)向量偏差具有二次根式終態(tài)吸引性能的性能指標(biāo)，通過將冗余機(jī)器人軌跡規(guī)劃的二次優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為時(shí)變矩陣方程求解問題，以有限值終態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為求解器，本發(fā)明在初始位置偏移的情況下，實(shí)現(xiàn)冗余機(jī)器人有限時(shí)間收斂的重復(fù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃任務(wù)。本發(fā)明具有有限時(shí)間收斂、計(jì)算精度高、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃技術(shù)，具體地，提供一種有限時(shí)間收斂性能指標(biāo)、初始位置偏離期望軌跡情形下的、基于有限值終態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的冗余機(jī)器人重復(fù)運(yùn)動(dòng)控制方法。

背景技術(shù)

工業(yè)機(jī)器人可將任一物件按期望的空間位姿進(jìn)行移動(dòng)，從而完成一特定的作業(yè)要求。其機(jī)構(gòu)能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)數(shù)目，稱為這種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)自由度。六個(gè)自由度是具有完成空間定位能力的最小自由度數(shù)，冗余機(jī)器人擁有的自由度超出任務(wù)所需的自由度。利用冗余特性，可以增強(qiáng)冗余機(jī)器人的靈活性和容錯(cuò)性，避開作業(yè)環(huán)境中的障礙物、回避機(jī)器人內(nèi)部奇異構(gòu)型，適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境和多變的作業(yè)需求。

冗余機(jī)器人具有多余的自由度，同一末端執(zhí)行器位置會(huì)對(duì)應(yīng)多種關(guān)節(jié)向量的組合。機(jī)器人實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制的基本問題是冗余度解析，常規(guī)的做法是基于偽逆的解析方案。考慮n自由度機(jī)器人各關(guān)節(jié)角度和末端執(zhí)行器位移的關(guān)系

r(t)＝f(θ(t)) (1)

其中，r(t)是末端執(zhí)行器在笛卡爾坐標(biāo)系下的終端軌跡，θ(t)表示關(guān)節(jié)角度，f(θ)是機(jī)器人終端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)軌跡函數(shù)。末端笛卡爾空間和關(guān)節(jié)空間的微分之間的關(guān)系為

其中，和分別是各自的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，是機(jī)器人雅克比矩陣。通過計(jì)算J(θ)的偽逆，得到關(guān)節(jié)速度變量的最小范數(shù)解

這里，J⁺＝J^T(JJ^T)^-1是雅克比矩陣的偽逆。

具有等式約束的最小速度范數(shù)性能指標(biāo)作為運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的目標(biāo)函數(shù)(D.E.Whitney,Resolved motion rate control of manipulators and human prostheses(操縱器和人工假肢的運(yùn)動(dòng)速率控制),IEEE Trans.Man-Machine Syst.,1969,10(2):47-53)為

式中，A為正定加權(quán)矩陣，求解該規(guī)劃問題需求解以下方程組

其解為

可以看出，式(3)是式(6)當(dāng)A＝I時(shí)的特殊情形，I為單位矩陣。

基于二次優(yōu)化(Quadratic Optimization,QP)的冗余解析方案也受到關(guān)注，F(xiàn).T.Cheng,T.-H.Cheng于1994年提出關(guān)節(jié)無偏差性能指標(biāo)(F.T.Cheng,T.-H.Chen,andY.-Y.Sun,Resolving manipulator redundancy under inequality constraints(不等式約束條件下的冗余機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法),IEEE Trans.Robotics Automat.,1994，10(1)：65-71)：

其中C、H為整定矩陣。