[發(fā)明專利]一種多冗余度機(jī)械臂自適應(yīng)可操縱性最優(yōu)化的分布式協(xié)同控制方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910054538.3
• 申請(qǐng)日: 2019-01-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109591020B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金龍;張嘉政;李紅信;張繼良;劉梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘭州大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種多冗余度機(jī)械臂自適應(yīng)可操縱性最優(yōu)化的分布式協(xié)同控制方法，其特征在于，多冗余度機(jī)械臂 系統(tǒng)中至少包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的冗余度機(jī)械臂，通過(guò)利用其速度信息、加速度信息、關(guān)節(jié)速度信息和關(guān)節(jié)加速度信息可對(duì)冗余度機(jī)械臂的雅可比矩陣進(jìn)行自適應(yīng)估計(jì)，實(shí)現(xiàn)多冗余度機(jī)械臂自適應(yīng)可操縱性最優(yōu)化的分布式協(xié)同控制；

具體控制方法包括如下步驟：

確定所述兩個(gè)或兩個(gè)以上的冗余度機(jī)械臂中任意一個(gè)或多個(gè)冗余度機(jī)械臂為接收期望信息的冗余度機(jī)械臂；

獲取所述接收期望信息的冗余度機(jī)械臂的位置信息和關(guān)節(jié)速度信息；

獲取與所述接收期望信息的冗余度機(jī)械臂鄰近的冗余度機(jī)械臂的位置信息和關(guān)節(jié)速度信息，該鄰近冗余度機(jī)械臂與所述接收期望信息的冗余度機(jī)械臂在通信拓?fù)鋱D中相鄰連接；

獲取所述接收期望信息的冗余度機(jī)械臂的參考點(diǎn)軌跡信息，所述參考點(diǎn)軌跡信息由預(yù)設(shè)的目標(biāo)參考點(diǎn)和目標(biāo)參考點(diǎn)的期望軌跡確定；

根據(jù)所述接收期望信息的冗余度機(jī)械臂的位置信息、關(guān)節(jié)速度信息、參考點(diǎn)軌跡信息，按照預(yù)設(shè)的規(guī)則構(gòu)建所述接收期望信息的冗余度機(jī)械臂對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)雅可比矩陣等式；所述自適應(yīng)雅可比矩陣等式具體設(shè)計(jì)為

機(jī)械臂末端執(zhí)行器的位置；為r(t)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)；為的時(shí)間導(dǎo)數(shù)；為冗余度機(jī)械臂的關(guān)節(jié)速度向量；為的時(shí)間導(dǎo)數(shù)；為的偽逆；ρ₁＞0和ρ₂＞0為控制算法收斂速度的設(shè)計(jì)參數(shù)；

在所述自適應(yīng)雅可比矩陣等式的約束下，根據(jù)二次型優(yōu)化和標(biāo)準(zhǔn)二次規(guī)劃方法確定所述接收期望信息的冗余度機(jī)械臂的控制信號(hào)，優(yōu)化目標(biāo)為使各冗余度機(jī)械臂在第一約束條件下使得第一式子最小化；

所述第一約束條件包括：

接收期望信息的冗余度機(jī)械臂對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)雅可比矩陣等式；

所述第一式子為

其中M表示冗余度機(jī)械臂的可操作度；為M的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，通過(guò)最大化可使M沿其數(shù)值增加的方向快速地增大；為機(jī)械臂的關(guān)節(jié)速度范數(shù)，用以調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)能量的消耗；det(·)表示求一個(gè)方陣的行列式；上標(biāo)T表示矩陣或向量的轉(zhuǎn)置；q為冗余度機(jī)械臂的關(guān)節(jié)向量；q^k為冗余度機(jī)械臂的第k個(gè)關(guān)節(jié)；為q^k的時(shí)間導(dǎo)數(shù)；vec(·)為矩陣向量化操作；D_k為的簡(jiǎn)寫(xiě)；另外，為避免出現(xiàn)由于冗余度機(jī)械臂陷入奇異而導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，可借助估計(jì)等式并將整體作為一個(gè)估計(jì)值嵌入到求解過(guò)程中；在冗余度機(jī)械臂未陷入奇異時(shí)，其估計(jì)值即為直接求解所得的理論值；在冗余度機(jī)械臂陷入奇異時(shí)，所述估計(jì)等式也會(huì)給出一個(gè)估計(jì)值來(lái)近似可能存在的理論解；該矩陣求逆等式約束條件設(shè)置為

其中I為單位矩陣；為克羅內(nèi)克積；

根據(jù)所述控制信號(hào)控制接收期望信息的冗余度機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)多冗余度機(jī)械臂自適應(yīng)可操縱性最優(yōu)化的分布式協(xié)同控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多冗余度機(jī)械臂自適應(yīng)可操縱性最優(yōu)化的分布式協(xié)同控制方法，其特征在于，所述接收期望信息的冗余度機(jī)械臂對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)雅可比矩陣等式構(gòu)建步驟為：

構(gòu)建所述接收期望信息的冗余度機(jī)械臂對(duì)應(yīng)的權(quán)重矩陣；所述權(quán)重矩陣中的各個(gè)元素分別對(duì)應(yīng)所述接收期望信息的冗余度機(jī)械臂與所述多冗余度機(jī)械臂系統(tǒng)中各個(gè)機(jī)械臂之間的第一連通權(quán)值；

根據(jù)所述參考點(diǎn)軌跡信息的獲取狀態(tài)確定所述接收期望信息的冗余度機(jī)械臂的第二連通權(quán)值；

根據(jù)所述位置信息、關(guān)節(jié)速度信息、參考點(diǎn)軌跡信息、權(quán)重矩陣和第二連通權(quán)值構(gòu)建所述接收期望信息的冗余度機(jī)械臂對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)雅可比矩陣等式。