[发明专利]一种冗余度机械臂的不同层性能指标同时优化方法

权利要求书

1. 一种冗余度机械臂的不同层性能指标同时优化方法，其特征在于包括如下步骤：

根据角度层、速度层和加速度层性能指标，通过引入权值调节因子，建立相应的冗余度解析方案，所述的解析方案受约束于速度、加速度的雅可比矩阵等式、机械臂的动力学方程、关节角度极限、关节速度极限、关节加速度极限和关节力矩极限；

利用角度层、速度层和加速度层性能指标的等效性及引入等效性参数，将冗余度解析方案转化为一个统一的二次型规划问题；

通过二次型规划求解器对二次型规划问题进行求解；

下位机控制器根据二次型规划问题的求解结果，驱动机械臂使其完成给定的末端任务。

2.根据权利要求1所述的冗余度机械臂的不同层性能指标同时优化方法，其特征在于，不同层性能指标同时优化的冗余度解析方案设计为：

最小化                                               ，

其中、和分别对应于在角度层、速度层和加速度层上欲优化的性能指标，、和为权值调节因子且两个或两个以上权值调节因子同时不为零；表示关节角度，表示关节速度，表示关节加速度，表示关节力矩。

3.根据权利要求2所述的冗余度机械臂的不同层性能指标同时优化方法，其特征在于，角度层、速度层和加速度层性能指标同时优化的冗余度解析方案受约束于：

，，，，，，;

其中，等式约束对应于机械臂在速度层的末端运动轨迹，表示机械臂的雅可比矩阵，表示机械臂末端执行器的速度；等式约束对应于机械臂在加速度层的末端运动轨迹，表示雅可比矩阵的时间导数，表示机械臂末端执行器的加速度；等式约束为机械臂的动力学方程，表示机械臂的惯性矩阵，表示离心力变量，表示重力变量；、、和分别表示关节角度极限、关节速度极限、关节加速度极限和关节力矩极限。

4.根据权利要求3所述的冗余度机械臂的不同层性能指标同时优化方法，其特征在于，所述二次型规划问题，其性能指标为，约束条件为，，，其中，只考虑不同层能量最小化方案时，当时，决策变量表示关节加速度，由权值调节因子，，对单位矩阵、惯性矩阵和的加权和获得，由权值调节因子，，及等效性参数对，，和的加权和获得，，；当时，决策变量表示关节速度，由权值调节因子,对单位矩阵的加权和获得，由权值调节因子，和等效性参数的乘积获得，，；上标表示矩阵或向量的转置，用于关节力矩极限和无穷范数约束，表示的上下限。

5.根据权利要求4所述的冗余度机械臂的不同层性能指标同时优化方法，其特征在于，若所述不同层性能指标同时优化方法中含有最小力性能指标时，根据取值的不同，决策变量为上述对应变量加上辅助变量的向量增广，所述辅助变量取值为最小力性能指标中的最大分量的绝对值，系数矩阵和以及系数向量也对应加进行增广。

6.根据权利要求1到5所述的冗余度机械臂的不同层性能指标同时优化方法，其特征在于，通过二次型规划求解器对二次型规划问题进行求解，具体为：将所述二次型规划问题进一步变换为分段线性投影方程，从而构造相应的二次型规划求解器进行求解。