[发明专利]一种基于伪逆的冗余度机械臂高精度运动规划方法

说明书

本发明提供了一种基于伪逆的冗余度机械臂高精度运动规划方法，包括：根据机械臂运动规划的要求，通过引入机械臂末端位置误差及速度误差的反馈，设计伪逆类型的运动规划方案；采用高阶数值差分公式对其进行离散化处理，建立基于伪逆的高精度运动规划方案；下位机控制器根据方案的计算结果，驱动机械臂的各个关节使得机械臂有效准确地完成给定的末端规划任务。本发明结合误差反馈、伪逆和差分公式而设计的高精度运动规划方案，使得机械臂能够精准地完成给定的末端规划任务，对有效提高机械臂在工业实践中的运动规划精度具有重要意义。

技术领域

本发明涉及冗余度机械臂的规划及控制领域，具体涉及一种基于伪逆的冗余度机械臂高精度运动规划方法。

背景技术

冗余度机械臂是指所拥有的自由度要多于完成给定末端规划任务所需自由度的机械臂，已在工业、军事、航天、医疗及教育等多个领域得到应用。运动规划是冗余度机械臂应用研究中的一个重要问题，即，给定机械臂末端的期望轨迹(即，末端规划任务)，我们需要实时计算得到机械臂相应的关节变量。伪逆类型的运动规划方案是传统而经典的方案，并且因其结构简单而广泛应用于冗余度机械臂中。然而，这些方案的设计过程中往往不考虑如何进一步提高机械臂运动规划的精度(即，精度无法得到保障)，从而使得相应的方案在冗余度机械臂的应用实践中可能难以取得理想的运动规划效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有方法的不足，提供一种基于伪逆的冗余度机械臂高精度运动规划方法。

为了实现上述发明目的，采用的技术方案如下：

一种基于伪逆的冗余度机械臂高精度运动规划方法，包括如下步骤：

根据机械臂运动规划的要求，通过引入机械臂末端位置误差及速度误差的反馈，设计伪逆类型的运动规划方案；所设计的运动规划方案如下：

其中，θ(t)表示机械臂关节角度，表示机械臂关节速度，表示机械臂关节加速度，t表示时间；J⁺(θ(t))表示机械臂的雅可比矩阵J(θ(t))的伪逆，表示J(θ(t)) 的时间导数；e(t)表示运动规划过程中的机械臂末端位置误差且定义为e(t)＝r_d(t)-f(θ(t))， f(·)表示非线性映射函数，r_d(t)表示机械臂末端的期望轨迹；ε(t)表示运动规划过程中的机械臂末端速度误差且定义为表示r_d(t)的时间导数，表示的时间导数；α＞0和β＞0分别表示位置误差e(t)和速度误差ε(t)的反馈增益；

采用高阶数值差分公式对上述运动规划方案进行离散化处理；所采用的高阶数值差分公式如下：

其中，θ_k＝θ(t＝kδ)，k表示迭代次数且k＝4，5，…，δ表示采样间隔；

利用上述差分公式来离散运动规划方案，建立基于伪逆的高精度运动规划方案；所建立的高精度运动规划方案如下：

其中，e_k＝e(t＝kδ)，ε_k＝ε(t＝kδ)。

下位机控制器根据高精度运动规划方案的计算结果，驱动机械臂的各个关节使得机械臂有效精准地完成给定的末端规划任务。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明能有效克服现有方法的不足，提供了一种能使得冗余度机械臂能够精准地完成给定末端规划任务的高精度运动规划方法；对有效提高机械臂在工业实践中的运动规划精度具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式