[發(fā)明專(zhuān)利]采用橢圓型終態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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>: 201811063399.2
• 申請(qǐng)日: 2018-09-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109159122B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫明軒;吳雨芯;張鈺
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 分類(lèi)號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 杭州斯可睿專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

一種基于橢圓型終態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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)行器的期望軌跡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)，采用漸近收斂性能指標(biāo)，通過(guò)將冗余機(jī)器人軌跡規(guī)劃的二次優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為時(shí)變矩陣方程求解問(wèn)題，以橢圓型終態(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)器人快速有限時(shí)間收斂的重復(fù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃任務(wù)。本發(fā)明提供一種具有有限時(shí)間收斂、計(jì)算精度高、易于實(shí)現(xiàn)的基于橢圓型終態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的冗余機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法。

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，提出一種可以有限時(shí)間收斂的、初始位置偏離期望軌跡情形下的、采用橢圓型終態(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)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動(dòng)執(zhí)行工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是近年來(lái)高新技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域之一。這一技術(shù)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、醫(yī)療衛(wèi)生、辦公自動(dòng)化及生活服務(wù)等眾多領(lǐng)域有著越來(lái)越多的應(yīng)用。

機(jī)器人的分類(lèi)方法很多，按照應(yīng)用可以將機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人、極限作業(yè)機(jī)器人和娛樂(lè)機(jī)器人；按照自由度的多少可以分為冗余和非冗余機(jī)器人。冗余機(jī)器人是指末端執(zhí)行器在執(zhí)行給定的任務(wù)時(shí)比其所必需的自由度有更多的自由度。冗余機(jī)器人具有更多的操作空間，動(dòng)作更靈活。考慮n自由度冗余機(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)系下的位姿變量，θ(t)表示關(guān)節(jié)角度。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，是r(t)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，是關(guān)節(jié)速度向量，J(θ(t))是冗余機(jī)器人的雅克比矩陣。通過(guò)求解廣義逆(偽逆)，可得關(guān)節(jié)變量速度的最小二范數(shù)解為

其中，J(θ(t))⁺＝J(θ(t))^T(J(θ(t))J(θ(t))^T)^-1是雅克比矩陣J(θ(t))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):

式中，A(t)為正定加權(quán)矩陣。建立拉格朗日函數(shù)

對(duì)分別關(guān)于λ求偏導(dǎo)，可得

解得

基于二次優(yōu)化(Quadratic Optimization,QP)的冗余解析方案受到關(guān)注(F.T.Cheng,T.-H.Chen,and Y.Y.Sun,Resolving manipulator redundancy underinequality 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 Automat1994，10(1):65-71；)：