[發明專利]一種基于急突度的機械臂最小運動規劃和控制方法

在審

• 申請號: 202011534828.7
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112720481A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 明良杰;張雨濃;李中華
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發明公開了一種基于急突度的機械臂最小運動規劃和控制方法，包括以下步驟：設定機械臂最小運動規劃的軌跡以及物理限制；根據所設定的軌跡以及物理限制，將機械臂的最小運動規劃和控制問題轉化為急突度層二次規劃問題；對急突度層二次規劃問題進行求解，機械臂根據求解結果進行最小運動。本發明將基于急突度的機械臂最小運動規劃和控制問題轉化為急突度層二次規劃問題進行求解，實現控制機械臂在急突度層進行運動，并且考慮到了急突度限制，避免機械臂運動過程中超出急突度限制產生物理損壞。

技術領域

本發明涉及冗余度機械臂運動規劃及控制領域，更具體地，涉及一種基于急突度的機械臂最小運動規劃和控制方法。

背景技術

冗余度機械臂是一種自由度大于任務空間所需最少自由度的末端能動機械裝置，其運動任務包括焊接、油漆、組裝、挖掘和繪圖等，被廣泛應用于裝備制造、產品加工、機器作業等國民經濟生產活動中。當冗余度機械臂各關節做最小變化運動時，稱為最小運動。機械臂最小運動規劃和控制方法，目的在于促使冗余度機械臂各關節做最小變化運動，并且令機械臂末端沿著預定或規劃好的軌跡執行跟蹤曲線任務。

以往的機械臂最小運動規劃和控制方法均在速度層、加速度層或突加度層上進行，得到的結果均不為急突度(突加度的導數，snap)，無法滿足某些采用急突度控制的冗余度機械臂的要求，且其余層上的求解方法均未考慮到急突度限制，機械臂在運動過程中可能因超越急突度限制而產生物理損壞。

在現有技術中，公開號為CN104760041A的中國發明專利，于2015年07月08日公開了一種基于突加度的障礙物躲避運動規劃方法，包括：設計基于突加度的障礙物躲避運動性能指標，所設計的運動性能指標受約束于基于突加度的雅可比矩陣等式、基于突加度的障礙物躲避不等式、關節角度極限、關節速度極限、關節加速度極限和關節突加度極限，生成二次型優化冗余度解析方案；將所生成的二次型優化冗余度解析方案轉化為二次規劃問題；運用二次規劃求解器求解所轉化的二次規劃問題；將所得到的求解結果傳遞至下位機控制器以驅動機械臂運動。該方法同樣僅在突加度層上進行，無法滿足采用急突度控制冗余度機械臂的要求，且并未考慮到急突度限制，因此，急需一種基于急突度的機械臂最小運動規劃和控制方法。

發明內容

本發明為解決現有技術中無法滿足采用急突度控制冗余度機械臂的要求，以及并未考慮到急突度限制的問題，提供一種基于急突度的機械臂最小運動規劃和控制方法。

本發明的首要目的是為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種基于急突度的機械臂最小運動規劃和控制方法，包括以下步驟：S1：設定機械臂最小運動規劃的軌跡以及物理限制；S2：根據所設定的的軌跡以及物理限制，將機械臂的最小運動規劃和控制問題轉化為急突度層二次規劃問題；S3：對急突度層二次規劃問題進行求解，機械臂根據求解結果進行最小運動。

上述方案中，將基于急突度的機械臂最小運動規劃和控制問題轉化為急突度層二次規劃問題進行求解，實現控制機械臂在急突度層進行運動。

優選地，所述步驟S1中設定的機械臂最小運動規劃的軌跡為：

r_d(t)

其中，r_d(t)為(多關節)機械臂在t時刻末端執行器的期望(desire)坐標。

優選地，所述步驟S1中設定的物理限制為：

θ^-≤θ(t)≤θ⁺