[发明专利]一种基于突加度的冗余度机械臂重复运动规划方法

摘要

本发明公开一种基于突加度的冗余度机械臂重复运动规划方法，包括：1)通过上位机采用二次型优化在突加度层上对机械臂重复运动方案进行解析，设计最小化性能指标为重复运动；2)将步骤1)中的二次型优化转化为标准二次规划；3)将步骤2)中的标准二次规划运用二次规划求解器进行求解；4)将步骤3)的求解结果传递给下位机控制器驱动冗余度机械臂运动。本发明通过设计一种基于突加度的冗余度机械臂重复运动规划性能指标，控制机械臂在突加度层上实现重复运动，同时也使得机械臂完成给定的末端任务。对于不便于速度与加速度控制的冗余度机械臂具有较好的控制效果，且本发明考虑到多种关节极限，能有效防止机械臂超越极限产生物理损坏。

主权项

一种基于突加度的冗余度机械臂重复运动规划方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)通过上位机采用二次型优化在突加度层上对机械臂的重复运动进行逆运动学解析，得到基于突加度的重复运动二次型优化冗余度解析方案；具体步骤为：设计最小化性能指标为重复运动，重复运动受约束于基于突加度的雅可比矩阵等式、基于突加度的障碍物躲避不等式、关节角度极限、关节速度极限、关节加速度极限和关节突加度极限；即重复运动最小化为受约束于基于突加度的雅可比矩阵等式基于突加度的障碍物躲避不等式关节角度极限θ^‑≤θ≤θ⁺、关节速度极限关节加速度极限${\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}^{-}\≤\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}\≤{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}^{+}$和关节突加度极限${\stackrel{\·\·\·}{\mathrm{\θ}}}^{-}\≤\stackrel{\·\·\·}{\mathrm{\θ}}\≤{\stackrel{\·\·\·}{\mathrm{\θ}}}^{+};$其中，表示优化性能指标，表示机械臂关节突加度，上标T表示矩阵和向量的转置，W为单位矩阵，α、β、χ为用来控制关节位移幅值和收敛率的正设计参数，θ表示机械臂的关节角度，表示机械臂的关节速度，表示机械臂的关节加速度，θ(0)表示机械臂的初始关节角度；等式约束表示机械臂末端运动轨迹，J_e表示机械臂末端执行器的雅可比矩阵，表示机械臂末端执行器突加度向量，是J_e的时间导数，是的时间导数；C与d表示基于突加度的障碍物躲避参数，θ^±表示关节角度上下限，表示关节速度上下限，表示关节加速度上下限，表示关节突加度上下限；步骤2)将基于突加度的重复运动二次型优化冗余度解析方案转化为标准二次规划；步骤3)将标准二次规划运用二次规划求解器进行求解，得到求解结果；步骤4)将求解结果传递给下位机控制器驱动机械臂运动。