[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

说明书

本发明属于冗余度机械臂的运动规划及控制技术领域，公开了一种基于多层结构的冗余度机械臂多任务控制方法，包括以下步骤：搭建带有冗余度机械臂的下位机；建立控制冗余度机械臂的多层结构时变问题模型；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；利用高精度离散公式，将显式微分方程的求解公式离散化，并写入冗余度机械臂下位机控制器；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；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。本发明控制方法使得冗余度机械臂控制精度与实时性得到保证的同时，可以实现多任务控制。

技术领域

本发明属于冗余度机械臂的运动规划及控制技术领域，涉及一种基于多层结构的冗余 度机械臂多任务控制方法。

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小自由度的机械装置，广泛应用于工 业自动化生产活动。在复杂环境下，冗余度机械臂控制不仅要考虑基本的跟踪任务，而且 要考虑克服关节极限、关节故障容忍等其他任务。

现有的多任务控制方法大部分是基于最优化模型，将多任务分别描述为最优化性能指 标、等式或不等式约束，然后使用基于分段线性投影方程的数值求解器求解。在数值计算 时，这类方法只能基于当前时刻信息计算当前时刻的控制量，由于不可避免的计算耗时， 其在实时性方面存在不足。此外，该类方法计算精度较低且不可控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多层结构的冗余度机械臂多任务控制方法，使得机械 臂控制精度与实时性得到保证的同时，可以实现多任务控制。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于多层结构的冗余度机械臂多任务控制方法，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；

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；

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，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。

在一个技术方案中，所述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)＝o，

其中，t为时间，θ为冗余度机械臂的关节角度，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；