[发明专利]机器人关节位姿优化方法、机器人控制方法和机器人

说明书

本申请实施例提供一种机器人关节位姿优化方法、机器人控制方法和机器人，该方法包括：构建以关节角速度为优化变量、机器人末端速度为控制目标的第一优化函数，第一优化函数包括关节角速度满足的不等式约束和含松弛变量的等式约束；构建以关节角速度为优化变量、关节角度远离关节限位为控制目标的第二优化函数，第二优化函数包括关节角速度满足的含相同松弛变量的约束条件；对第一优化函数求解以得到松弛变量的解，并利用该松弛变量的解对第二优化函数以得到最优的关节角速度，进而求解得到最优关节角度以优化机器人的关节位姿。本方案可以实现关节位姿的寻优求解，以保证优先完成速度任务的前提下，使得各关节角度始终具备较大的活动裕度等。

技术领域

本申请涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种机器人关节位姿优化方法、机器人控制方法和机器人。

背景技术

机器人一般具备多个自由度，通过多个自由度的协调来完成各种任务，为了增大机器人的运动范围和灵活度，很多机器人添加了冗余关节，但对于冗余关节的处理一般都需要非常复杂的逻辑处理和分类计算，这给机器人的控制带来了很多挑战。例如，在具有冗余自由度的机械臂或多足机器人的运动规划中，有的采用如牛顿法等方法来计算运动规划中的运动学逆解，不仅计算时间较长，且计算难度较高，这就导致运动规划的总时间较长、规划效率较低等。

发明内容

本申请实施例提供一种机器人关节位姿优化方法、机器人控制方法和机器人，该寻优方法采用双层优化的思想来处理关节冗余，可以求解得到较优的关节角度，以保证优先完成机器人关节在笛卡尔空间的速度任务，还使得各关节角度具备较大的活动裕度。

本申请的实施例提供一种机器人关节位姿优化方法，包括：

构建以关节角速度为优化变量、机器人末端速度为控制目标的第一优化函数，所述第一优化函数包括所述关节角速度满足的不等式约束和含松弛变量的等式约束；

构建以关节角速度为优化变量、所述机器人的关节角度远离关节限位为控制目标的第二优化函数，所述第二优化函数包括所述关节角速度满足的含相同松弛变量的约束条件；

根据所述第一优化函数求解得到所述松弛变量的解，并根据所述松弛变量的解及所述第二优化函数得到最优的关节角速度；

根据所述最优的关节角速度得出所述机器人的最优关节角度，并根据所述机器人的最优关节角度优化所述机器人关节的位姿。

在一些实施例中，所述关节角速度满足的所述不等式约束通过如下步骤获取，包括：

构建所述机器人各个关节在对应控制周期满足的关节角度约束，并将所述关节角度约束转换为以关节角速度为变量的第一约束条件；

构建各个关节在所述对应控制周期满足的关节角加速度约束，并将所述关节角加速度约束转换为以关节角速度为变量的第二约束条件；

基于所述第一约束条件、所述第二约束条件和所述关节角速度的自身限位，构建得到所述关节角速度的合成约束以作为所述不等式约束。

在一些实施例中，所述第一约束条件为：

其中，和分别为第i个关节角度的上限和下限；为t时刻的第i个关节角度；为第i个关节的关节角速度；T为所述机器人的控制指令周期。

在一些实施例中，所述第二约束条件为：

其中，和分别为第i个关节角加速度的上限和下限；和分别为t-1时刻和t时刻的第i个关节角速度。

在一些实施例中，所述第一优化函数以松弛变量的平方为优化指标；

所述第一优化函数的表达式为：