[发明专利]一种双准则的冗余机械臂自运动规划方法

说明书

本发明公开了一种双准则的冗余机械臂自运动规划方法，包括以下步骤：S1.基于冗余机械臂自运动问题，通过上位机采用二次规划型方案在速度层对冗余机械臂的逆运动学进行解析，并设计基于最小速度二范数优化指标、最小速度无穷范数优化指标的双准则的二次规划方案；S2.将双准则的二次规划方案转化为一个标准的二次规划问题；S3.利用变参递归神经网络转化得到的二次规划问题进行求解；S4.将二次规划问题求解的结果传递给下位机控制机械臂完成自运动。本发明同时考虑了最小速度二范数优化、最小速度无穷范数优化指标，具相比于现有的规划方法，具有更好的应用前景和适用范围。

技术领域

本发明属于冗余度机械臂的自运动规划领域，特别是涉及一种双准则的冗余机械臂自运动规划方法。

背景技术

冗余机械臂是一种机械臂拥有的自由度大于完成末端执行器主任务所需最少自由度的机械装置。冗余机械臂的优点是在完成末端执行器主任务的同时还可以完成一系列的次级任务，比如躲避障碍物，避免关节物理极限，优化其他性能指标等。

冗余机械臂一个最大的特点在于其可以完成自运动，即在保持末端执行器位置不发生变化的情况下，机械臂各关节状态可以从初始状态运动到某一期望的状态。通过自运动可以完成躲避障碍物，解决重复运动角度漂移问题等。冗余机械臂因为其优点被广泛运用在物流运输，产品加工，装备制造等经济生产活动中。但由于其拥有较多自由度的特点，其冗余度解析通常很困难，传统的冗余度解析的方法是基于伪逆的方法，而近几年，计算量小，实时性高的基于二次规划的冗余解析方案不断被提出与应用。目前的二次规划方法通常仅考虑单个指标优化，但考虑单个指标不能满足某些特殊情况下的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种同时考虑最小速度二范数优化、最小速度无穷范数优化指标的双准则的冗余机械臂自运动规划方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双准则的冗余机械臂自运动规划方法，包括以下步骤：

S1.基于冗余机械臂自运动问题，通过上位机采用二次规划型方案在速度层对冗余机械臂的逆运动学进行解析，并设计双准则的二次规划方案；

所述步骤S1包括以下子步骤：

S101.采用二次规划型方案将冗余机械臂的逆运动学方程在速度层进行解析：

将机械臂逆运动学方程表示为：

f(θ)＝r(t)；

其中，θ为关节角度向量，f(·)为一个有机械臂的结构和参数决定的可微的非线性映射函数；r(t)表示末端执行器的位置向量，在自运动问题中，为一个零向量；

将逆运动学方程在速度层进行解析，得到：

其中，为关节速度矩阵，J(θ)表示雅可比矩阵；

S102.设计最小速度二范数优化指标：

其中c表示自运动准则；

S103.设计最小速度无穷范数优化指标：

S104.通过加权因子将最小速度二范数指标和最小速度无穷范数指标结合，表示为:

S105.设计双准则二次型优化方案，优化方案受约束于机械臂的逆运动学方程、关节角度极限和关节速度极限，所述二次型优化方案表示为：

其中，θ⁺，θ^-，分别表示关节角度的正负极限向量与关节角速度的正负极限向量。