[发明专利]一种不确定时延条件下机械臂运动状态的预测方法及装置

权利要求书

1.一种不确定时延条件下机械臂运动状态的预测方法，其特征在于，所述方法包括： 

步骤1，对于机械臂的各关节，分别建立预测模型以及与各关节的预测模型对应的离散模型； 

步骤2，计算机械臂控制回路的下行时延的估计值；其中，所述下行时延是指位于远端的机械臂的运动状态数据传递至控制端的过程中发生的时延； 

步骤3，控制端向位于远端的机械臂发送控制指令，并接收所述机械臂返回的响应该控制指令的各关节的运动状态的实测数据； 

步骤4，根据所述控制回路的下行时延的估计值，结合各关节的预测模型，计算得到该机械臂的各关节的运动状态的预测数据； 

步骤5，根据所述机械臂各关节的运动状态的实测数据和预测数据，使用最小二乘法对所述机械臂各关节的预测模型对应的离散模型进行修正。 

步骤6，利用所述修正后的离散模型，对机械臂各关节的运动状态进行预测，获取当前时刻修正后的机械臂各关节运动状态的预测值。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 

所述预测模型为：

其中，表示关节i对应的预测模型的参数T₁，表示关节i对应的预测模型的参数T₂； 

所述离散模型为：

其中，分别为关节i对应的预测模型离散化后的三个参数；yⁱ(k)为关节i的运动状态的当前k时刻预测值，yⁱ(k-1)为关节i的运动状态的(k-1)时刻预测值，yⁱ(k-2)为关节i的运动状态的(k-2)时刻预测值，uⁱ(k-1)为(k-1)时刻的指令输入值。 

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤5中，所述使用最 小二乘法对所述机械臂各关节的预测模型对应的离散模型进行修正，包括： 

在无时延环境下，控制端对机械臂的运行状态进行修正测试，获取和的变动范围； 

利用所述和的变动范围，对和的取值范围进行修正： 

其中，为大于0的实数。 

根据和的取值范围，当经过最小二乘法修正的分别落在对应的和的取值范围内时，修正结果成立，当未落在对应的取值范围内时，取边界值为修正结果。 

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括： 

步骤20，在位于远端的机械臂位于静止状态下，控制端发送第一组控制指令序列至机械臂，该控制指令序列用于控制位于远端的机械臂运动； 

步骤21，控制端预测所述机械臂的第一组理想运动状态，其中，所述第一组理想运动状态是指在控制器无时延环境下针对所述第一组控制指令序列预测得到的机械臂的运动状态； 

步骤22，控制端实时获取所述机械臂的第一组实际运动状态； 

步骤23，对所述机械臂的第一组理想运动状态和第一组实际运动状态进行波形匹配，获取控制回路第一组总时延；其中，所述控制回路第一组总时延为从所述控制端发送第一组控制指令序列至所述控制端检测到所述机械臂响应该第一组控制指令序列所经历的时间； 

步骤24，在位于远端的机械臂响应完所述控制端的第一组控制指令序列并重新恢复静止状态下，控制端发出第二组控制指令序列至机械臂；其中，所述第二组控制指令序列与第一组控制指令序列相比，所述第二组控制指令序列的顺序执行时间为所述控制回路第一组总时延的2倍； 

步骤25，当控制端的第二组指令序列发送完毕后，所述控制端向位于远 端的机械臂发出停止指令；所述停止指令用于要求所述机械臂以当前状态停止动作； 

步骤26，控制端再次预测所述机械臂的第二组理想运动状态，其中，该第二组理想运动状态是指控制器在无时延环境下针对所述第二组控制指令序列预测得到的机械臂的运动状态； 

步骤27，控制端实时获取当前所述机械臂的第二组实际运动状态； 

步骤28，再次对所述机械臂的第二组理想运动状态和第二组实际运动状态进行波形匹配，获取控制回路第二组总时延和停止时间差； 

其中，所述控制回路第二组总时延为从所述控制端发送第二组控制指令序列至所述控制端检测到所述机械臂响应该第二组控制指令序列所经历的时间；所述停止时间差等于所述机械臂的理想停止时间和实际停止时间的差值； 

步骤29，所述机械臂控制回路的下行时延估计值等于所述控制回路第二组总时延减去所述上行时延估计值的差值；所述上行时延估计值等于所述停止时间差。