[發(fā)明專利]一種基于評估函數(shù)的機(jī)器人軌跡跟蹤策略動態(tài)優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011401422.1
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112650217B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭健;惠玉卓;李勝;薛舒嚴(yán)
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發(fā)明公開了一種基于評估函數(shù)的機(jī)器人軌跡跟蹤策略動態(tài)優(yōu)化方法。方法為：首先分析機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)實(shí)際的機(jī)械結(jié)構(gòu)，建立機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)或動力學(xué)的相關(guān)模型；然后利用機(jī)器人相關(guān)狀態(tài)變量，設(shè)計(jì)機(jī)器人的軌跡追蹤效果評估函數(shù)；接著根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置控制算法計(jì)算出的控制量相關(guān)參數(shù)的初始值；最后在機(jī)器人運(yùn)行時(shí)，采集所需要的數(shù)據(jù)傳遞給機(jī)器人的軌跡跟蹤效果評估函數(shù)，利用機(jī)器人的軌跡跟蹤效果評估函數(shù)的結(jié)果及其變化趨勢，動態(tài)地對控制量進(jìn)行修正。本發(fā)明減小了機(jī)器人的實(shí)際軌跡與設(shè)定軌跡之間的偏差，提高了安全性，并具有計(jì)算量小、處理參數(shù)不確定性的能力強(qiáng)、對于模型精度的要求低、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人運(yùn)動控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于評估函數(shù)的機(jī)器人軌跡跟蹤策略動態(tài)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

在快速發(fā)展的智能機(jī)器人相關(guān)技術(shù)中，機(jī)器人的運(yùn)動控制是移動機(jī)器人控制系統(tǒng)中最基本的問題，因?yàn)樗腥蝿?wù)最終都是通過機(jī)器人的運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)控制目的不同，運(yùn)動控制可以分為點(diǎn)鎮(zhèn)定、軌跡跟蹤和路徑追蹤三類，其中軌跡跟蹤的研究方法主要有狀態(tài)反饋控制法、滑?？刂品ā⒎囱莘刂品?、自適應(yīng)控制法和智能控制法五種。

狀態(tài)反饋控制法是指將系統(tǒng)的每一狀態(tài)變量乘以相應(yīng)的反饋系數(shù)，反饋到輸入端與參考輸入相加，其和作為被控系統(tǒng)的控制信號；滑模控制法不需要知道系統(tǒng)的精確模型，對滿足匹配條件時(shí)，系統(tǒng)對外界擾動以及參數(shù)變動具有很好的魯棒性；反演法控制法是一種系統(tǒng)化的控制律設(shè)計(jì)思想，對線性和非線性系統(tǒng)都適用，能夠方便的解決各種情況下的控制律求解問題；自適應(yīng)控制法和智能控制法通常都具有學(xué)習(xí)能力和非線性映射的能力，為解決機(jī)器人系統(tǒng)的控制問題提供了新的思路。

同時(shí)，狀態(tài)反饋控制法在處理參數(shù)不確定或者參數(shù)攝動的模型時(shí)，效果不如其它方法；滑模控制法對參數(shù)攝動具有良好的調(diào)節(jié)能力，但在滑模面切換時(shí)會出現(xiàn)抖動的情況；反演法控制法中的微分項(xiàng)膨脹現(xiàn)象，容易造成復(fù)雜度爆炸的問題；而自適應(yīng)控制法需要在線對模型參數(shù)做出估計(jì)，這種估計(jì)會受到測量精度的影響，從而影響整體控制效果；智能控制法無需考慮對象的模型，但也由此產(chǎn)生了控制效果一般且計(jì)算量較大的問題。

此外，上述常用控制方法在計(jì)算控制量時(shí)，往往都只考慮了機(jī)器人在參考點(diǎn)處的瞬時(shí)狀態(tài)與參考狀態(tài)的誤差，對于機(jī)器人的運(yùn)動趨勢沒有多加考慮，使得在實(shí)際應(yīng)用中會出現(xiàn)各種意外狀況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠減小機(jī)器人的實(shí)際軌跡與設(shè)定軌跡之間的偏差、提高機(jī)器人在精密場所中使用的安全性、計(jì)算量小、具有處理參數(shù)不確定性的能力、對于模型精度的要求低、適應(yīng)性強(qiáng)的機(jī)器人軌跡跟蹤策略動態(tài)優(yōu)化方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于評估函數(shù)的機(jī)器人軌跡跟蹤策略動態(tài)優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟1、分析機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)實(shí)際的機(jī)械結(jié)構(gòu)，建立機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)或動力學(xué)的相關(guān)模型；

步驟2、利用機(jī)器人相關(guān)狀態(tài)變量，設(shè)計(jì)機(jī)器人的軌跡追蹤效果評估函數(shù)；

步驟3、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置控制算法計(jì)算出的控制量相關(guān)參數(shù)的初始值；

步驟4、在機(jī)器人運(yùn)行時(shí)，采集所需要的數(shù)據(jù)傳遞給機(jī)器人的軌跡跟蹤效果評估函數(shù)；

步驟5、利用機(jī)器人的軌跡跟蹤效果評估函數(shù)的結(jié)果及變化趨勢，在線地對控制量進(jìn)行修正；

步驟6、在機(jī)器人運(yùn)動過程中重復(fù)步驟4和步驟5，實(shí)現(xiàn)對控制量的動態(tài)優(yōu)化。

進(jìn)一步地，步驟1所述的分析機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)實(shí)際的機(jī)械結(jié)構(gòu)，建立機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)或動力學(xué)的相關(guān)模型，具體如下：