[發明專利]一種基于關節性能限制的機械臂運動時間優化方法

有效

• 申請號: 202111366701.3
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN113787525B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 劉家駿;雷成林
• 申請（專利權）人: 季華實驗室
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 佛山市君創知識產權代理事務所(普通合伙) 44675
• 代理人: 王瑞長

本發明屬于機械臂控制技術領域，具體公開一種基于關節性能限制的機械臂運動時間優化方法，包括以下步驟：（1）構造映射；（2）對機械臂關節電機進行力矩限制；（3）對軌跡點位進行加速度求解，獲取加速度限制值；（4）將機械臂關節電機的速度限制映射為沿軌跡運動的末端執行器速度限制，獲取基于關節電機速度限制對應的()平面曲線；（5）對各類特征軌跡點位的加速度限制值進行前后數值積分處理，獲取基于關節電機力矩限制對應的()平面曲線；（6）曲線結合，得到軌跡長度?速度限制曲線；（7）完成機械臂運動時間優化。本發明的算法簡單，基于機械臂的關節電機性能，有效提高機械臂運動的速度，實現對運動時間的優化。

技術領域

本發明涉及一種機械臂控制技術領域，具體涉及一種基于關節性能限制的機械臂運動時間優化方法。

背景技術

機械臂的應用極大的提高了生產效率，隨著智能制造政策的落實，機器人的應用范圍也越來越廣泛。在設計機械臂時，關節電機的性能往往是依賴于工程師的工作經驗，對固定的運動軌跡進行仿真計算從而確定關節電機的選型。對于機械臂用戶來說，所規劃的運動軌跡是復雜且多變的，機械臂在沿著用戶設定的軌跡運行時，其末端執行器往往以較低的速度沿軌跡運動，這雖然保證了機械臂能夠完成所規劃的軌跡，但是卻沒有發揮關節電機性能的最大效率。現有技術中，為提高機械臂運動軌跡的速度，優化運動時間，大多采用神經網絡等智能算法，但這需要大量的數據集進行訓練，不僅消耗時間而且同樣需要工程經驗進行調參。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于關節性能限制的機械臂運動時間優化方法，該方法的算法簡單，基于機械臂的關節電機性能，有效地提高機械臂運動時的速度，從而實現對運動時間的優化。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種基于關節性能限制的機械臂運動時間優化方法，包括以下步驟：

（1）機械臂的各個關節電機之間存在耦合關系，可通過Lagrange方程對此進行描述，其中Lagrange方程為：

式中，M(θ)為6×6的關節空間慣量矩陣，為6×6的科氏力和向心力的耦合矩陣，G(θ)為6×1的重力矢量矩陣，θ為6×1的機械臂關節空間的旋轉角度矩陣，τ為6×1的機械臂的關節力矩矩陣；為對θ求導，即機械臂關節的速度矩陣；為對θ求兩次導，即機械臂關節的加速度矩陣；

利用Christoffel符號將上述方程可以改寫為以下動力學運動方程：

式中，為機械臂關節的速度矩陣的轉置矩陣，為6×6×6的三維張量；

通過構造映射的方式，將Lagrange方程映射到平面，從而得出：

式中，s為沿軌跡運動的軌跡長度，為機械臂的末端執行器沿軌跡運動的速度，為機械臂的末端執行器沿軌跡運動的加速度，θ_s為關節角度對軌跡長度的微分矩陣，θ_ss為關節角度對軌跡長度的二階微分矩陣；

（2）對機械臂關節電機的力矩進行限制，具體為：