[發(fā)明專利]一種考慮機(jī)械臂物理約束和模型未知的控制方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011278491.8
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112428273A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚寧;廖申;余鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 深圳市創(chuàng)富知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44367
• 代理人: 李思坪

1.一種考慮機(jī)械臂物理約束和模型未知的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

預(yù)設(shè)機(jī)械臂的初始姿態(tài)和期望參數(shù)；

根據(jù)傳感器讀取機(jī)械臂當(dāng)前關(guān)節(jié)參數(shù)和末端執(zhí)行器信息；

以期望參數(shù)和初始姿態(tài)為約束，基于雅可比矩陣估計方法和二次規(guī)劃方法構(gòu)建期望位置方程組；

根據(jù)期望位置方程組、初始姿態(tài)、期望參數(shù)、當(dāng)前關(guān)節(jié)參數(shù)和末端執(zhí)行器信息得到關(guān)節(jié)角度運動數(shù)據(jù)；

將關(guān)節(jié)角度運動數(shù)據(jù)發(fā)送至機(jī)械臂控制器，控制機(jī)械臂運動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種考慮機(jī)械臂物理約束和模型未知的控制方法，其特征在于，所述期望參數(shù)包括期望軌跡、關(guān)節(jié)速度極限和角度極限，所述當(dāng)前關(guān)節(jié)參數(shù)包括機(jī)械臂關(guān)節(jié)角度、機(jī)械臂關(guān)節(jié)速度和機(jī)械臂關(guān)節(jié)加速度，所述末端執(zhí)行器信息包括機(jī)械臂末端實際加速度和機(jī)械臂末端實際速度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種考慮機(jī)械臂物理約束和模型未知的控制方法，其特征在于，所述以期望參數(shù)和初始姿態(tài)為約束，基于雅可比矩陣估計方法和二次規(guī)劃構(gòu)建期望位置方程組這一步驟，其具體包括：

基于二次規(guī)劃方法得到機(jī)械臂逆向運動方程；

通過原對偶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對機(jī)械臂逆向運動方程進(jìn)行處理，得到微分方程；

基于雅可比矩陣估計方法得到位置方程；

根據(jù)微分方程和位置方程得到期望位置方程組。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種考慮機(jī)械臂物理約束和模型未知的控制方法，其特征在于，所述微分方程如下：

上式中，u(t)是待求解的變量，m是機(jī)械臂的末端的任務(wù)空間的維度，n是機(jī)械臂的自由度，γ是原對偶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂率參數(shù)，I是一個行數(shù)和列數(shù)都為m+n的單位矩陣，P(·)是投影函數(shù)，M(t)是矩陣，q(t)是向量。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種考慮機(jī)械臂物理約束和模型未知的控制方法，其特征在于，所述位置方程如下：

上式中，是待求解的變量，表示機(jī)械臂末端實際加速度，表示機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的速度，表示機(jī)械臂末端實際速度，表示機(jī)械臂各關(guān)節(jié)速度，表示的偽逆，μ是一個收斂率參數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種考慮機(jī)械臂物理約束和模型未知的控制方法，其特征在于，所述得到關(guān)節(jié)角度運動數(shù)據(jù)還包括根據(jù)關(guān)節(jié)速度極限和角度極限驗證關(guān)節(jié)角度運動數(shù)據(jù)是否在極限范圍內(nèi)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種考慮機(jī)械臂物理約束和模型未知的控制方法，其特征在于，所述關(guān)節(jié)角度運動數(shù)據(jù)包括關(guān)節(jié)在某個時刻所應(yīng)處的角度信息和關(guān)節(jié)速度信息。

8.一種考慮機(jī)械臂物理約束和模型未知的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊：

參數(shù)預(yù)設(shè)模塊，用于預(yù)設(shè)機(jī)械臂的初始姿態(tài)和期望參數(shù)；

信息讀取模塊，用于根據(jù)傳感器讀取機(jī)械臂當(dāng)前關(guān)節(jié)參數(shù)和末端執(zhí)行器信息；

方程組構(gòu)建模塊，用于以期望參數(shù)和初始姿態(tài)為約束，基于雅可比矩陣估計方法和二次規(guī)劃方法構(gòu)建期望位置方程組；

求解模塊，用于根據(jù)期望位置方程組、初始姿態(tài)、期望參數(shù)、當(dāng)前關(guān)節(jié)參數(shù)和末端執(zhí)行器信息得到關(guān)節(jié)角度運動數(shù)據(jù)；

控制模塊，用于將關(guān)節(jié)角度運動數(shù)據(jù)發(fā)送至機(jī)械臂控制器，控制機(jī)械臂運動。