[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

说明书

本发明提出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。整个系统采用模型未知的冗余度机械臂的自适应雅可比矩阵来协助计算。通过对雅可比矩阵进行自适应估计；确定需要接收期望信息的冗余度机械臂；获取系统内冗余度机械臂的相关信息；根据相关信息构建自适应雅可比矩阵等式；根据标准二次规划方法确定冗余度机械臂的控制信号；根据控制信号来控制冗余度机械臂。本方法一方面克服了因模型不确定性对生产工作带来影响的缺陷，增加了冗余度机械臂的工作精度。另一方面躲避了冗余度机械臂的各种物理约束，有效地扩大了冗余度机械臂的可操作度优化运动规划的应用空间。并利用机械臂间进行有限通信的分布式设计，在很大程度上减少了系统的计算负担。

技术领域

本发明涉及机械臂控制技术领域，具体涉及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。

背景技术

机械臂广泛地应用于工业制造、医疗手术、3D打印等国民经济生产的各领域中，它们为人们的生活和工作带来了极大便利，与此同时，在实际应用中，人们对机械臂的灵活性、精准性和可靠性也提出了更高的要求。

具体来说，冗余度机械臂拥有比任务空间所需最少自由度更多的自由度，该机械臂在无故障时具有良好的灵活性，因此可以比较轻松地完成复杂的子任务。然而如果当机械臂的可操作性非常小时，其在特定方向的运动将显著受限，从而会导致任务完成的失败。此外，机械臂在工作中也会由于关节磨损、负重压力变化和零件松弛等因素引起机械臂运动学参数的变化，从而导致机械臂的实际值与标称值出现差异进而影响工作精度。因此如何对受影响机械臂的雅可比矩阵进行重新估计以及如何提高冗余度机械臂的可操作性已成为提高当前工业生产精准性和稳定性的进阶课题。

在医疗手术、汽车装配和产品包装等应用领域中，通常需要对多个冗余度机械臂组成的多冗余度机械臂系统进行协同控制。此外，随着工业生产逐具规模化，在更广阔的操作环境中对机械臂进行协同控制必然成为一种趋势。然而对于多冗余度机械臂系统而言，由于系统中各个冗余度机械臂之间受间隔距离、通信负载以及计算负载的限制，通常不具有全局通信的能力。而在大规模工作环境中，倘若采用了全局通信的通信拓扑结构，该系统可能会因为冗余度机械臂数量较多造成通信负载过大从而致使通信系统崩溃，最终导致整个冗余度机械臂系统协同任务的失败。而采用分布式通信拓扑结构的冗余度机械臂只需与其临近冗余度机械臂进行通信，即使出现某些代理通信失败，整个多冗余度机械臂系统也能正常工作。

发明内容

本发明提出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，旨在解决在通信受限的情况下实现模型未知的多冗余度机械臂的分布式协同运动控制，并使系统内所有冗余度机械臂的可操作性均达到最优化。

本发明实施例第一方面提供了一种雅可比矩阵的自适应估计方法；

所述雅可比矩阵的自适应估计方法包括：

获取所述模型未知的多冗余度机械臂的速度信息、加速度信息、关节速度信息和关节加速度信息；

对雅可比矩阵进行自适应估计。

所述自适应雅可比矩阵迭代等式为：

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。

本发明实施例第二方面提供了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，所述多冗余度机械臂系统包括两个或两个以上的冗余度机械臂，所述两个或两个以上的冗余度机械臂在通信拓扑图中连通；

所述控制方法包括：

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；