[發(fā)明專利]一種抗噪型歸零神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的四輪移動機(jī)械臂軌跡跟蹤控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110700910.0
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113341728B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫中波;周彥鵬;劉克平;劉永柏;王剛;唐世軍;李巖;張振國
• 申請（專利權(quán)）人: 長春工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種抗噪型歸零神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的四輪移動機(jī)械臂軌跡跟蹤控制方法，其方法包括以下步驟：a.測量四輪移動機(jī)械臂的車輪及機(jī)械臂的數(shù)據(jù)；b.給定四輪移動機(jī)械臂的期望軌跡；c.結(jié)合四輪移動機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)特性建立運(yùn)動學(xué)方程；d.通過空間坐標(biāo)變換得到機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)方程；e.基于移動平臺與機(jī)械臂模型建立四輪移動機(jī)械臂的整體運(yùn)動學(xué)方程；f.針對軌跡跟蹤問題定義一個(gè)向量型誤差函數(shù)；g.結(jié)合運(yùn)動學(xué)方程得到抗噪型歸零神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動力學(xué)方程，解決四輪移動機(jī)械臂在噪聲擾動下的軌跡跟蹤問題。本發(fā)明基于期望軌跡與實(shí)際運(yùn)動軌跡間的差值作為誤差函數(shù)，設(shè)計(jì)抗噪型歸零神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，抑制四輪移動機(jī)械臂軌跡跟蹤過程中噪聲干擾，完成軌跡跟蹤任務(wù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及移動機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種基于運(yùn)動學(xué)和抗噪型歸零神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的四輪移動機(jī)械臂軌跡跟蹤控制算法。

背景技術(shù)

近年來，我國制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，總體規(guī)模大幅提升，對國內(nèi)經(jīng)濟(jì)和世界經(jīng)濟(jì)起到了積極的推動作用。國內(nèi)制造業(yè)仍以勞動密集型的低端制造為主，附加值相對較低，總體上還只是“世界工廠”。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人口老齡化的趨勢，人力成本必定逐漸增加，中國制造業(yè)的“人口紅利”將逐步消失。此外以“智能制造”為核心的第四次工業(yè)革命正席卷全球。我國堅(jiān)持把發(fā)展經(jīng)濟(jì)著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)上，加快推進(jìn)制造強(qiáng)國、質(zhì)量強(qiáng)國建設(shè)，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級，國家提出第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要。隨著智能制造的不斷推進(jìn)，“機(jī)器換人”正逐步展開。移動機(jī)械臂在動態(tài)、未知的復(fù)雜環(huán)境中工作時(shí)，應(yīng)該具有完全自主性，也就是說該系統(tǒng)應(yīng)該具有感知能力、規(guī)劃能力、機(jī)動能力和協(xié)調(diào)能力等，所以在移動機(jī)械臂理論研究方面，需要解決的問題包括軌跡規(guī)劃、運(yùn)動控制和協(xié)同控制等。移動機(jī)械臂的運(yùn)動控制按照控制目標(biāo)的不同可以分為點(diǎn)鎮(zhèn)定、路徑跟隨和軌跡跟蹤這三種類型，其中移動機(jī)械臂的軌跡跟蹤控制是目前控制界研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

現(xiàn)階段的移動機(jī)械臂理論研究大部分基于兩輪或者三輪的，并且機(jī)器人的都是大部分基于動力學(xué)建模，四輪移動機(jī)械臂的動力學(xué)建模比較繁瑣，需要分析移動平臺的動力學(xué)及機(jī)械臂的動力學(xué)模型。兩個(gè)模型難以整合在一個(gè)系統(tǒng)中，因此大部分研究者采用兩種控制算法分別控制兩個(gè)子系統(tǒng)，難以實(shí)現(xiàn)移動平臺與機(jī)械臂的協(xié)同控制。因此，本發(fā)明通過建立移動平臺的運(yùn)動學(xué)模型及機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)模型，通過空間坐標(biāo)變換將兩者整合在基于世界坐標(biāo)系的系統(tǒng)中，并且提出一種抗噪型歸零神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的四輪移動機(jī)械臂軌跡跟蹤控制方法，實(shí)現(xiàn)了四輪移動機(jī)械臂的軌跡跟蹤控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了一種抗噪型歸零神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的四輪移動機(jī)械臂軌跡跟蹤控制方法，基于世界坐標(biāo)系下的四輪移動機(jī)械臂建立了系統(tǒng)的整體運(yùn)動學(xué)方程，在移動機(jī)械臂的可達(dá)空間范圍內(nèi)設(shè)計(jì)期望軌跡方程，基于期望軌跡函數(shù)與實(shí)際運(yùn)動軌跡函數(shù)間的差值定義了一個(gè)向量型誤差函數(shù)，通過構(gòu)造誤差函數(shù)e(t)的微分方程滿足ψ(·)代表激活函數(shù)，并選擇線性激活函數(shù)ψ(e(t))＝e(t)，由此可以得到e(t)＝e(0)exp(-γt)，隨著時(shí)間t變大誤差函數(shù)e(t)收斂于0。結(jié)合四輪移動機(jī)械臂的整體運(yùn)動學(xué)方程得到抗噪型歸零神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)模型，抑制四輪移動機(jī)械臂在軌跡跟蹤過程中的噪聲干擾，解決了四輪移動機(jī)械臂在跟蹤期望軌跡過程中受到外力碰撞、控制模塊中電源電壓的瞬時(shí)衰減等噪聲干擾。另外，相對比系統(tǒng)的動力學(xué)建模，運(yùn)動學(xué)建模相對簡單。結(jié)合說明書附圖，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種抗噪型歸零神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的四輪移動機(jī)械臂軌跡跟蹤控制方法，所述控制方法具體如下：

S1：采集四輪移動機(jī)械臂四個(gè)車輪的初始角度數(shù)據(jù)以及四自由度機(jī)械臂的初始角度數(shù)據(jù)；

S2：根據(jù)設(shè)計(jì)者需求，同時(shí)在四輪移動機(jī)械臂的可達(dá)空間范圍內(nèi)給定期望軌跡方程；

S3：通過空間坐標(biāo)變換得到基坐標(biāo)系下的四自由度機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)方程，并且對移動平臺的運(yùn)動特性進(jìn)行分析得到運(yùn)動學(xué)方程，結(jié)合上述兩者的運(yùn)動學(xué)模型，通過坐標(biāo)變換得到基于世界坐標(biāo)系下的移動機(jī)械臂的整體運(yùn)動學(xué)方程；