[发明专利]一种具有抗噪特性的冗余度机械臂重复运动规划方法

摘要

本发明提供了一种具有抗噪特性的冗余度机械臂重复运动规划方法，如下：根据机械臂的雅可比矩阵等式，通过引入位置误差反馈，设计具有抗噪特性的新型雅可比矩阵等式；结合所需要优化的性能指标，建立相应的重复运动规划方案，所述的规划方案受约束于新型雅可比矩阵等式、关节角度极限和关节速度极限；将上述的冗余度解析方案转化为一个统一的二次型优化问题，并通过数值算法求解器对其进行求解；下位机控制器根据求解结果，驱动机械臂使其完成给定的规划任务。本发明基于位置误差反馈而设计的重复运动规划方案，使得机械臂能够在具有噪声的情况下仍可完成给定的末端任务，并实现重复运动规划的目的。

主权项

1.一种具有抗噪特性的冗余度机械臂重复运动规划方法，其特征在于，包括：根据机械臂的雅可比矩阵等式，通过引入位置误差反馈，设计具有抗噪特性的新型雅可比矩阵等式；结合所需要优化的最小化性能指标，建立具有抗噪特性的重复运动规划方案，所述的规划方案受约束于新型雅可比矩阵等式、关节角度极限和关节速度极限；将具有抗噪特性的重复运动规划方案转化为一个统一的二次型优化问题，并通过数值算法求解器对该优化问题进行求解；下位机控制器根据二次型优化问题的求解结果，驱动机械臂使其完成给定的规划任务；具有抗噪特性的新型雅可比矩阵等式设计为：其中，设计参数α>0，β>0，且两者满足α²>β；θ表示机械臂关节角度，表示机械臂关节速度，J(θ)表示机械臂的雅可比矩阵；e(t)表示机械臂的位置误差且e(t)＝f(θ)‑r_d，t表示时间，f表示一个非线性映射函数，r_d表示机械臂末端期望的运动轨迹；表示r_d的时间导数，τ表示积分变量；具有抗噪特性的重复运动规划方案设计为：最小化受约束于其中，设计参数λ>0，θ(0)表示机械臂关节的初始状态，上标^T表示矩阵或向量的转置；等式约束对应于机械臂在速度层的运动轨迹；θ^±和分别表示关节角度极限和关节速度极限；将具有抗噪特性的重复运动规划方案转化为一个统一的二次型优化问题，其性能指标为x^Tx/2+p^Tx，约束条件为Ax＝b，x^‑≤x≤x⁺，其中，p＝λ(θ‑θ(0))，A＝J(θ)，x^±表示x的上下限。