[发明专利]工业机械手臂执行端的轨迹控制方法

权利要求书

1.一种工业机械手臂执行端的轨迹控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1、获取工业机械手臂执行端的机械结构参数，根据机械结构参数确定雅克比矩阵并初始网格化精度ε；

步骤S2、根据加工要求确定工业机械手臂执行端的运动轨迹，起始点为X^start，终点为X^terminal，其中X＝{x,y,z,ω_x,ω_y,ω_z}为操作空间k时刻的位置变量；

步骤S3、根据雅克比矩阵计算操作空间k+1时刻的参考位置变量

步骤S4、以操作空间k+1时刻的参考位置变量为参数对目标函数进行约束二次优化逼近，求得k+1时刻实际操作空间位置变量X_k+1和k时刻关节空间的输入控制量u_k；

步骤S5、工业机械手臂执行端根据k+1时刻实际操作空间位置变量X_k+1和k时刻关节空间的输入控制量u_k进行轨迹运动；

其中，目标函数为：

约束条件包括：

第一约束条件：

第二约束条件：

第三约束条件：q^min≤q≤q^max；以及

第四约束条件：u^min≤u_k≤u^max；

其中，为k+1时刻实际操作空间位置变量X_k+1的微分，为k+1时刻的参考位置变量的微分；T_s是状态反馈间隔时间，关节空间的输入控制量为执行端内关节电机角速度的加速度；离散雅可比矩阵J_k＝J(q_k)；为工业机械手臂执行端运动速度的上限；q^min为关节电机运动角度下限值；q^max为关节电机运动角度上限值；u^min为执行端加速度下限值，u^max为执行端加速度上限值。

2.根据权利要求1所述的工业机械手臂执行端的轨迹控制方法，其特征在于，采用二分网格优化算法对目标函数进行优化逼近，具体步骤如下：

步骤S41、将第一约束条件代入目标函数最终得到关于u_k的目标函数

步骤S42、在第四约束条件的约束下以间隔Δu对u_k进行等间距划分；

步骤S43、计算与遍历查找出符合第二约束条件和第三约束条件的所有格点；若没有查找到则以Δu/2为间隔不断的重新进行二分网格化；

步骤S44、根据查找到的符合第二约束条件和第三约束条件的格点计算目标函数ψ(u_k)，得到目标函数ψ(u_k)的最小值对应的格点

步骤S45、以为中心，在范围内以间隔Δu/2^l进行网格化，其中l为二分网格次数，重新执行步骤S43至S44，当时将控制量作为k+1时刻的控制量u_k输出。

3.根据权利要求1所述的工业机械手臂执行端的轨迹控制方法，其特征在于，所述雅克比矩阵为：

其中q＝{q₁,q₂,…,q_i}为关节空间角度变量，(x,y,z)为执行端坐标，(ω_x,ω_y,ω_z)为执行端旋转角度。

4.根据权利要求1所述的工业机械手臂执行端的轨迹控制方法，其特征在于，所述机械结构参数包括工业机械手臂执行端的自由度、关节旋转角度以及臂长。

5.根据权利要求1所述的工业机械手臂执行端的轨迹控制方法，其特征在于，工业机械手臂执行端的运动轨迹为弧线或直线。