[发明专利]SMA驱动空间机器臂避障与目标抓取的智能规划方法

权利要求书

1.一种SMA驱动空间机器臂避障与目标抓取的智能规划方法，其特征在于，包括：

构建步骤：基于关节弹簧本构参数构造目标优化函数；

约束步骤：分别建立关节弹簧形变的约束条件、柔性机器臂末端位置距离目标位置的距离约束条件，以及空间障碍物的避障约束条件；

目标优化函数步骤：基于非线性规划的遗传算法、所述空间障碍物的避障约束条件、关节弹簧形变的约束条件、以及柔性机器臂末端位置距离目标位置的距离约束条件计算所述目标优化函数；

智能寻优步骤：进行优化函数值计算，找寻所述目标优化函数的最优解；

二分法步骤：基于二分法对解域为空的状态进行判断并更新起始位置，最终获取柔性机器臂各平台期望位姿和各关节弹簧的期望长度；

所述目标优化函数步骤包括：

目标优化函数需考虑的SMA弹簧收缩需要消耗的电能为：

其中，u表示为驱动电压，R表示为材料内阻，h表示为热传递系数，A表示为材料横截面积，T表示为温度，T₀表示为环境温度，m表示为材料质量，c表示为材料比热，t表示为加热时间，σ表示为应力，σ₀表示为初始应力，E表示为弹性模量，ε表示为应变，ε₀表示为初始应变，Θ表示为热弹性系数，Ω表示为相变系数，ξ_s表示为马氏体体积分数，ξ_s0表示为初始马氏体体积分数；

考虑同时驱动两组SMA弹簧，构建目标优化函数FUN为：

其中，FUN表示为目标优化函数，i表示为第i个机器臂平台，j表示为第j组驱动弹簧，n表示为机器臂的总平台数，表示为第i个平台第j组驱动弹簧的热传递系数，表示为第i个平台第j组驱动弹簧的内阻，表示为第i个平台第j组驱动弹簧的横截面积，表示为第i个平台第j组驱动弹簧的载荷，表示为第i个平台第j组驱动弹簧的热弹性系数，表示为第i个平台第j组驱动弹簧的弹性模量，为表示为第i个平台第j组驱动弹簧的形变量；

所述智能寻优步骤中使用遗传算法工具箱ga进行全局寻优，使用优化工具箱中的fmincon函数进行非线性寻优：

遗传算法工具箱：

x＝ga(fun,nvars,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,IntCon,options)

最优化工具箱：

[x,fval]＝fmincon(fun,x₀,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,options)

其中，fval表示函数fmincon()返回的极值；

nvars表示x向量的元素个数；

IntCon表示x向量正整数的下标；

其中A，b，Aeq，beq表示线性约束，即本模型无此约束，故均为空矩阵；

其中lb，ub表示变量x的上下界，即lb≤x≤ub，本处下界为0常向量，上界为常向量；

其中x₀表示fmincon函数中变量x的初始值，即从遗传算法继承的最优染色体；

其中options表示优化参数，无特殊要求使用默认值即可；

其中nonlcon为非线性函数约束，fun表示目标优化函数FUN，根据平台结构将中间位置向量展开为：

则FUN的底层表示为：

其中，

nonlcon的非线性函数约束的底层表示为：

for i＝1:n-1

end

for p＝1:N

for q＝1:n

end

end。