[发明专利]一种基于多层结构的冗余度机械臂多任务控制方法

权利要求书

1.一种基于多层结构的冗余度机械臂多任务控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：搭建带有冗余度机械臂的下位机；

B：建立控制冗余度机械臂的多层结构时变问题模型；多层结构时变问题模型分为四层，其中第一层结构采用时变非线性等式方程，用于描述冗余度机械臂的跟踪任务；所述第一层结构的时变非线性等式方程如下：

f(θ(t))-r_d(t)＝0，

其中，t为时间，θ(t)为冗余度机械臂的关节角向量，f(·)为冗余度机械臂的非线性前向运动学映射，r_d(t)为冗余度机械臂的时变期望路径；

第二层结构采用时变不等式方程，用于描述冗余度机械臂的关节角度下限；所述第二层结构的时变不等式方程如下：

θ^-(t)-θ(t)≤0，

其中，θ^-(t)为冗余度机械臂的关节角度下限；

第三层结构采用时变不等式方程，用于描述冗余度机械臂的关节角度上限；所述第三层结构的时变不等式方程如下：

θ(t)-θ⁺(t)≤0，

其中，θ⁺(t)为冗余度机械臂的关节角度上限；

第四层结构采用线性等式方程，用于描述冗余度机械臂的关节故障容忍；所述第四层结构的线性等式方程如下：

其中，是冗余度机械臂的关节角速度，A(t)为冗余度机械臂的故障关节位置矩阵；

C：采用零化神经动力学方法，将冗余度机械臂的多层结构时变问题模型等效转化为易求解的方程，得到具有显式微分方程的求解公式；

步骤C具体包括以下步骤：利用零化神经动力学方法，将冗余度机械臂的多层结构时变问题模型等效转化为易求解的方程：

其中，y(t)＝[θ(t)；γ(t)；η(t)]，

J(θ(t))为冗余度机械臂的雅克比矩阵，是时变期望路径的时间导数，参数λ≥0；I为单位矩阵，定义向量γ(t)＝[γ₁(t)；γ₂(t)；...；γ_n(t)]，向量为第二层结构冗余度机械臂的关节角度极限转换裕量，与分别为γ(t)与θ⁺(t)的时间导数，Λ(t)是由γ₁(t),γ₂(t),...,γ_n(t)组成的左对角矩阵；定义向量η(t)＝[η₁(t)；η₂(t)；...；η_n(t)]，向量为第三层结构冗余度机械臂的关节角度极限转换裕量，与分别表示η(t)与θ^-(t)的时间导数，Γ(t)表示由η₁(t),η₂(t),...,η_n(t)组成的左对角矩阵；

进而得到具有显式微分方程的求解公式：

其中，W⁺(t)表示W(t)的逆矩阵；

D：利用高精度离散公式，将显式微分方程的求解公式离散化，得到冗余度机械臂多任务控制算法模型，并写入冗余度机械臂下位机控制器；

E：冗余度机械臂的下位机控制器获取冗余度机械臂的关节角度参数信息；

F：根据下位机控制器计算结果，驱动冗余度机械臂完成给定的多任务。

2.根据权利要求1所述的一种基于多层结构的冗余度机械臂多任务控制方法，其特征在于，所述高精度离散公式如下：

其中，τ为采样间隔，k为采样关节位点。

3.根据权利要求2所述的一种基于多层结构的冗余度机械臂多任务控制方法，其特征在于，所述冗余度机械臂多任务控制算法模型如下：

其中，t_k＝kτ为时间步，h＝τλ，