[发明专利]一种冗余度机械臂位姿控制的单94LVI迭代算法

说明书

本发明提供一种冗余度机械臂位姿控制的单94LVI迭代算法，该算法实现了对于机械臂末端执行器位置和姿态的同时控制，有效地消除了机械臂超越角度极限和角速度极限从而造成物理损坏的可能性，同时本发明的算法只需要一次迭代，能有效地减少计算时间，在同样的时间内能够实现更多次和更精确的控制，因此具有较强的适用性、安全性和实用性。

技术领域

本发明涉及机械臂运动规划及控制技术领域，更具体地，涉及一种冗余度机械臂位姿控制的单94LVI迭代算法。

背景技术

随着科技的发展，机器人将会在未来生产生活中扮演重要角色。作为机器人的重要组成部分，冗余度机械臂是自由度大于任务空间所需最少自由度的一种类手臂装置，也被视为一种简化的机器人，已经受到了国内外众多研究者的关注。目前，冗余度机械臂已经在许多工业生产中被使用来代替人类完成一些重要的工作。现有的冗余度机械臂控制算法主要针对末端执行器的位置控制，而忽略了对其姿态的控制，但是姿态控制在许多场景下都是必要的。例如，在焊接和钻孔任务中，末端执行器的位置固然重要，但是其姿态(方向)也同样重要，否则也是不能成功完成任务的。同时，考虑到机械臂物理极限，才能够保证有效和安全地进行机械臂控制。而实际的机械臂操作过程中，离散的算法才能保证实时的控制，而目前许多算法都是多次迭代的算法，每个时刻的控制信号都需要经过多次迭代才能获得，计算时间比较长。

发明内容

本发明提供一种冗余度机械臂位姿控制的单94LVI迭代算法，该算法实现了对于机械臂末端执行器位置和姿态的同时控制。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种冗余度机械臂位姿控制的单94LVI迭代算法，包括如下步骤：

S1：设计二次型形式的姿态控制指标，将末端执行器任务描述成等式约束，将机械臂物理极限描述成不等式约束，生成二次型位姿控制解析方案；

S2：将二次型位姿控制解析方案转化为标准的二次规划；

S3：运用单94LVI迭代算法求解；

S4：将计算结果传给下位机控制器驱动机械臂运动。

进一步地，所述步骤S1中的二次型位姿控制解析方案为：

对于自由度为n，工作空间为m的冗余度机械臂，设计其性能指标为最小化受约束于θ^-≤θ≤θ⁺和其中A＝J₁(θ)，θ表示机械臂的关节角度向量，表示机械臂的关节角速度向量，J₁(θ)表示机械臂末端执行器位置雅克比矩阵，J₂(θ)表示机械臂末端执行器姿态雅克比矩阵，o_a表示末端执行器实际姿态向量，o_d表示末端执行器期望姿态向量，表示末端执行器期望姿态速度向量，r_a表示末端执行器实际位置向量，r_d表示末端执行器期望位置向量，表示末端执行器期望位置速度向量，θ^±表示关节角度上下限，表示关节角速度上下限，上标^T表示矩阵或向量的转置，λ和γ分别是用来控制末端执行器姿态和位置收敛率的设计参数。

进一步地，所述步骤S2中的的二次型位姿控制解析方案转化为标准的二次规划，即性能指标为最小化x^TQx/2+p^Tx，受约束于Ax＝b和x^-≤x≤x⁺，其中正的常数η用来调节关节角速度的可行域。

进一步地，所述步骤S3的标准二次规划用如下单94LVI迭代算法求解：

e(z_k)＝z_k-P_Ω(z_k-(M_kz_k+c_k))，