[发明专利]一种多冗余度机械臂自适应可操纵性最优化的分布式协同控制方法与装置

权利要求书

1.一种多冗余度机械臂自适应可操纵性最优化的分布式协同控制方法，其特征在于，多冗余度机械臂 系统中至少包括两个或两个以上的冗余度机械臂，通过利用其速度信息、加速度信息、关节速度信息和关节加速度信息可对冗余度机械臂的雅可比矩阵进行自适应估计，实现多冗余度机械臂自适应可操纵性最优化的分布式协同控制；

具体控制方法包括如下步骤：

确定所述两个或两个以上的冗余度机械臂中任意一个或多个冗余度机械臂为接收期望信息的冗余度机械臂；

获取所述接收期望信息的冗余度机械臂的位置信息和关节速度信息；

获取与所述接收期望信息的冗余度机械臂邻近的冗余度机械臂的位置信息和关节速度信息，该邻近冗余度机械臂与所述接收期望信息的冗余度机械臂在通信拓扑图中相邻连接；

获取所述接收期望信息的冗余度机械臂的参考点轨迹信息，所述参考点轨迹信息由预设的目标参考点和目标参考点的期望轨迹确定；

根据所述接收期望信息的冗余度机械臂的位置信息、关节速度信息、参考点轨迹信息，按照预设的规则构建所述接收期望信息的冗余度机械臂对应的自适应雅可比矩阵等式；所述自适应雅可比矩阵等式具体设计为

机械臂末端执行器的位置；为r(t)的时间导数；为的时间导数；为冗余度机械臂的关节速度向量；为的时间导数；为的伪逆；ρ₁＞0和ρ₂＞0为控制算法收敛速度的设计参数；

在所述自适应雅可比矩阵等式的约束下，根据二次型优化和标准二次规划方法确定所述接收期望信息的冗余度机械臂的控制信号，优化目标为使各冗余度机械臂在第一约束条件下使得第一式子最小化；

所述第一约束条件包括：

接收期望信息的冗余度机械臂对应的自适应雅可比矩阵等式；

所述第一式子为

其中M表示冗余度机械臂的可操作度；为M的时间导数，通过最大化可使M沿其数值增加的方向快速地增大；为机械臂的关节速度范数，用以调节系统运动能量的消耗；det(·)表示求一个方阵的行列式；上标T表示矩阵或向量的转置；q为冗余度机械臂的关节向量；q^k为冗余度机械臂的第k个关节；为q^k的时间导数；vec(·)为矩阵向量化操作；D_k为的简写；另外，为避免出现由于冗余度机械臂陷入奇异而导致系统不能正常运行，可借助估计等式并将整体作为一个估计值嵌入到求解过程中；在冗余度机械臂未陷入奇异时，其估计值即为直接求解所得的理论值；在冗余度机械臂陷入奇异时，所述估计等式也会给出一个估计值来近似可能存在的理论解；该矩阵求逆等式约束条件设置为

其中I为单位矩阵；为克罗内克积；

根据所述控制信号控制接收期望信息的冗余度机械臂，实现多冗余度机械臂自适应可操纵性最优化的分布式协同控制。

2.根据权利要求1所述的一种多冗余度机械臂自适应可操纵性最优化的分布式协同控制方法，其特征在于，所述接收期望信息的冗余度机械臂对应的自适应雅可比矩阵等式构建步骤为：

构建所述接收期望信息的冗余度机械臂对应的权重矩阵；所述权重矩阵中的各个元素分别对应所述接收期望信息的冗余度机械臂与所述多冗余度机械臂系统中各个机械臂之间的第一连通权值；

根据所述参考点轨迹信息的获取状态确定所述接收期望信息的冗余度机械臂的第二连通权值；

根据所述位置信息、关节速度信息、参考点轨迹信息、权重矩阵和第二连通权值构建所述接收期望信息的冗余度机械臂对应的自适应雅可比矩阵等式。