[发明专利]7-DOF仿人臂飞行物体作业最小加速度轨迹优化

摘要

本发明公开一种7‑DOF仿人臂飞行物体作业最小加速度轨迹优化方法，包括如下步骤：S1.建立数学模型，采用4次多项式插补作业过程与返回过程的关节轨迹，并以关节角加速度范数最小作为算法优化的目标函数；S2.设置粒子群优化算法运行参数；S3.运行粒子群优化算法，通过最小化目标函数寻优获得一组最优冗余变量参数；S4.将最优冗余变量参数代入仿人臂飞行物体作业动作轨迹参数化中，获得关节角加速度范数最小动作轨迹。本发明能获得一条角加速度连续、同时又能使角加速度范数最小的仿人臂飞行物体作业动作轨迹，避免仿人臂动作过程中因不连续角加速度轨迹引起的隐性振动，减少对机器人本体位姿扰动，提高仿人臂的执行精度。

主权项

1.7-DOF仿人臂飞行物体作业最小加速度轨迹优化方法，所述7-DOF仿人臂包括肩关节两个自由度、肘关节一个自由度、以及腕关节三个自由度，其特征在于，该优化方法包括如下步骤：S1.建立7-DOF仿人臂飞行物体作业最小加速度轨迹规划问题的数学模型：对于仿人臂机器人系统R，设其静态初始点的关节位置状态为θ0＝[θ10，θ20，θ30，θ40，θ50，θ60，θ70]T，目标作业点为θf＝[θ1f，θ2f，θ3f，θ4f，θ5f，θ6f，θ7f]T；仿人臂tf1作业时刻在目标作业点关节角速度矢量为则仿人臂飞行物体作业的轨迹规划问题可描述为在仿人臂机器人系统机构物理约束范围内所有轨迹中优选一条最优的动作轨迹，使得：t∈[0，tf1+tf2]i＝1，2，…，7同时满足如下边界状态条件与关节轨迹在任意时刻角加速度连续特性：作业过程：返回过程：式中F(θ(·))为反映仿人臂动作轨迹关节角加速度范数最小化的目标函数，θ*(t)表示所优选的最优规划轨迹，tf1为仿人臂动作轨迹的作业过程时间，tf2为返回过程时间，tf为仿人臂运动过程总时间，与分别表示关节i位置的下限与上限，与分别表示关节i角速度的下限与上限，与分别表示关节i角加速度的下限与上限，该目标准则旨在通过规划一条关节角加速度连续且角加速度范数最小的轨迹方式以减少仿人臂快速动作对本体的反作用扰动；S2.设置粒子群优化算法运行参数；S3.运行粒子群优化算法，搜索寻优仿人臂飞行物体作业动作轨迹参数化中冗余参数θr、与其中θr为7-DOF仿人臂tf1作业时刻所设定的冗余关节位置，为末端灵巧手姿态矩阵中绕z轴转动的偏摆角，为关节i在tf1作业时刻的关节角加速度值；通过最小化目标函数得到仿人臂飞行物体作业动作轨迹参数化中一组最优冗余变量θr、与