[发明专利]一种基于急突度的机械臂最小运动规划和控制方法

说明书

本发明公开了一种基于急突度的机械臂最小运动规划和控制方法，包括以下步骤：设定机械臂最小运动规划的轨迹以及物理限制；根据所设定的轨迹以及物理限制，将机械臂的最小运动规划和控制问题转化为急突度层二次规划问题；对急突度层二次规划问题进行求解，机械臂根据求解结果进行最小运动。本发明将基于急突度的机械臂最小运动规划和控制问题转化为急突度层二次规划问题进行求解，实现控制机械臂在急突度层进行运动，并且考虑到了急突度限制，避免机械臂运动过程中超出急突度限制产生物理损坏。

技术领域

本发明涉及冗余度机械臂运动规划及控制领域，更具体地，涉及一种基于急突度的机械臂最小运动规划和控制方法。

背景技术

冗余度机械臂是一种自由度大于任务空间所需最少自由度的末端能动机械装置，其运动任务包括焊接、油漆、组装、挖掘和绘图等，被广泛应用于装备制造、产品加工、机器作业等国民经济生产活动中。当冗余度机械臂各关节做最小变化运动时，称为最小运动。机械臂最小运动规划和控制方法，目的在于促使冗余度机械臂各关节做最小变化运动，并且令机械臂末端沿着预定或规划好的轨迹执行跟踪曲线任务。

以往的机械臂最小运动规划和控制方法均在速度层、加速度层或突加度层上进行，得到的结果均不为急突度(突加度的导数，snap)，无法满足某些采用急突度控制的冗余度机械臂的要求，且其余层上的求解方法均未考虑到急突度限制，机械臂在运动过程中可能因超越急突度限制而产生物理损坏。

在现有技术中，公开号为CN104760041A的中国发明专利，于2015年07月08日公开了一种基于突加度的障碍物躲避运动规划方法，包括：设计基于突加度的障碍物躲避运动性能指标，所设计的运动性能指标受约束于基于突加度的雅可比矩阵等式、基于突加度的障碍物躲避不等式、关节角度极限、关节速度极限、关节加速度极限和关节突加度极限，生成二次型优化冗余度解析方案；将所生成的二次型优化冗余度解析方案转化为二次规划问题；运用二次规划求解器求解所转化的二次规划问题；将所得到的求解结果传递至下位机控制器以驱动机械臂运动。该方法同样仅在突加度层上进行，无法满足采用急突度控制冗余度机械臂的要求，且并未考虑到急突度限制，因此，急需一种基于急突度的机械臂最小运动规划和控制方法。

发明内容

本发明为解决现有技术中无法满足采用急突度控制冗余度机械臂的要求，以及并未考虑到急突度限制的问题，提供一种基于急突度的机械臂最小运动规划和控制方法。

本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于急突度的机械臂最小运动规划和控制方法，包括以下步骤：S1：设定机械臂最小运动规划的轨迹以及物理限制；S2：根据所设定的的轨迹以及物理限制，将机械臂的最小运动规划和控制问题转化为急突度层二次规划问题；S3：对急突度层二次规划问题进行求解，机械臂根据求解结果进行最小运动。

上述方案中，将基于急突度的机械臂最小运动规划和控制问题转化为急突度层二次规划问题进行求解，实现控制机械臂在急突度层进行运动。

优选地，所述步骤S1中设定的机械臂最小运动规划的轨迹为：

r_d(t)

其中，r_d(t)为(多关节)机械臂在t时刻末端执行器的期望(desire)坐标。

优选地，所述步骤S1中设定的物理限制为：

θ^-≤θ(t)≤θ⁺