[發(fā)明專利]一種附帶機(jī)械臂的電動(dòng)輪椅的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010717874.4
• 申請(qǐng)日: 2020-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111844040A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金龍;謝正泰;李帥;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;G05B13/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種附帶機(jī)械臂的電動(dòng)輪椅的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)根據(jù)附帶機(jī)械臂的電動(dòng)輪椅的結(jié)構(gòu)，得到附帶機(jī)械臂的電動(dòng)輪椅的數(shù)學(xué)模型；

2)根據(jù)步驟1)的數(shù)學(xué)模型對(duì)附帶機(jī)械臂的電動(dòng)輪椅的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃進(jìn)行冗余度解析，建立二次型優(yōu)化方案；

3)將步驟2)的二次型優(yōu)化方案轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃；

4)將步驟3)的二次規(guī)劃用數(shù)值算法(即二次規(guī)劃求解器)進(jìn)行求解；

5)根據(jù)步驟4)中得到的求解結(jié)果對(duì)附帶機(jī)械臂的電動(dòng)輪椅進(jìn)行控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種附帶機(jī)械臂的電動(dòng)輪椅的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，其特征在于，所述附帶機(jī)械臂的電動(dòng)輪椅的數(shù)學(xué)模型可以被表示為p＝f(θ)，其中，p表示機(jī)械臂末端執(zhí)行器的位置，f(·)表示非線性映射函數(shù)，θ表示電動(dòng)輪椅和機(jī)械臂的聯(lián)合關(guān)節(jié)角度，表示機(jī)械臂末端執(zhí)行器的速度，表示電動(dòng)輪椅和機(jī)械臂的聯(lián)合雅可比矩陣，表示電動(dòng)輪椅和機(jī)械臂的聯(lián)合關(guān)節(jié)速度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種附帶機(jī)械臂的電動(dòng)輪椅的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟2)的二次型優(yōu)化方案可以表示為：設(shè)計(jì)的最小化性能指標(biāo)為電動(dòng)輪椅和機(jī)械臂的聯(lián)合速度向量的二次函數(shù)，受約束于電動(dòng)輪椅和機(jī)械臂的聯(lián)合雅可比等式、聯(lián)合關(guān)節(jié)角度極限、聯(lián)合關(guān)節(jié)角速度極限，即為最小化受約束于其中為待優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)，為聯(lián)合雅可比等式，上標(biāo)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置操作，M表示非零系數(shù)矩陣，q表示非零系數(shù)向量，且M和q由待優(yōu)化的目標(biāo)所決定，表示機(jī)械臂末端執(zhí)行器的期望速度，θ^-≤θ≤θ⁺表示電動(dòng)輪椅和機(jī)械臂的聯(lián)合關(guān)節(jié)角度極限，θ^±表示聯(lián)合關(guān)節(jié)角度的上下限，表示電動(dòng)輪椅和機(jī)械臂的聯(lián)合關(guān)節(jié)角速度極限，表示聯(lián)合關(guān)節(jié)角速度的上下限。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種附帶機(jī)械臂的電動(dòng)輪椅的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，其特征在于，可將所述步驟2)的二次型優(yōu)化方案轉(zhuǎn)化為二次規(guī)劃，設(shè)計(jì)其性能指標(biāo)為最小化受約束于其中α^±為電動(dòng)輪椅和機(jī)械臂的聯(lián)合關(guān)節(jié)約束的上下界，α^±的第i個(gè)元素分別被定義為i表示關(guān)節(jié)序號(hào)，正常數(shù)k_α用來(lái)調(diào)節(jié)和保證聯(lián)合關(guān)節(jié)速度有足夠大的可行域。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種附帶機(jī)械臂的電動(dòng)輪椅的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，其特征在于，本運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法是由所述步驟4)的二次規(guī)劃求解器求解，從而得到附帶機(jī)械臂的電動(dòng)輪椅的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的最優(yōu)解。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種附帶機(jī)械臂的電動(dòng)輪椅的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，其特征在于，可將所述步驟4)的二次規(guī)劃求解器求解結(jié)果轉(zhuǎn)化為電機(jī)驅(qū)動(dòng)所需要的控制信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)各電機(jī)使電動(dòng)輪椅和機(jī)械臂同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。