[发明专利]一种冗余度机械臂突加度层运动规划的初始化方法

说明书

本发明公开了一种冗余度机械臂突加度层运动规划的初始化方法，包括启动机械臂控制器，通过编码器读取机械臂各个关节当前的角度；将各个关节当前的角度作为起始值；将机械臂执行运动规划任务时的关节角度作为期望值；基于起始值和期望值，在突加度层上建立二次型优化方案；将二次型优化方案转换为分段线性投影方程，并采用数值算法对分段线性投影方程进行求解，得到最优解；机械臂控制器根据最优解，驱动机械臂的各个关节，使其从当前位置调整到机械臂执行运动规划任务时的位置；通过该方法能够在突加度层上实现对冗余度机械臂的初始化工作，从而避免机械臂每次执行运动规划任务时都需要度量各个关节角度的繁琐过程。

技术领域

本发明属于冗余度机械臂突加度层运动规划领域，特别是一种冗余度机械臂突加度层运动规划的初始化方法。

背景技术

冗余度机械臂是一种自身自由度多于执行运动规划任务时所需最少自由度的机械装置；目前已广泛应用于焊接组装、产品加工、机器作业等国民经济生产活动中。冗余度机械臂在实际的运动规划中最常见的一个问题是关节角度的初始化问题：每个运动规划任务的执行都需要指定一个初始的关节角度；如果机械臂的关节没有精确到达其特定的初始位置，那么机械臂就无法成功地完成相应的运动规划任务。目前已有一些关节角度调整方案被提出并使得机械臂的关节能够有效到达期望的位置。然而，这些方案都是在速度层和加速度层上进行研究设计的，它们无法处理机械臂的关节突加度极限，也无法直接用于在突加度层上控制的机械臂，从而导致速度层或加速度层方案的适用性有限。

因此，如何在突加度层上实现冗余度机械臂运动规划初始化，已经成为当前研究的关键问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种至少解决上述部分技术问题的一种冗余度机械臂突加度层运动规划的初始化方法，该方法能够直接用于在突加度层上控制机械臂，且该方法操作方便、工作量少、作业规范。

本发明实施例提供了一种冗余度机械臂突加度层运动规划的初始化方法，包括：

S1、启动机械臂控制器，通过编码器读取机械臂各个关节当前的角度；

S2、将所述各个关节当前的角度作为起始值；将机械臂执行运动规划任务时的关节角度作为期望值；基于所述起始值和期望值，在突加度层上建立二次型优化方案；

S3、将所述二次型优化方案转换为分段线性投影方程，并采用数值算法对所述分段线性投影方程进行求解，得到最优解；

S4、所述机械臂控制器根据所述最优解，驱动机械臂的各个关节，使其从当前位置调整到所述机械臂执行运动规划任务时的位置。

进一步地，所述S2中二次型优化方案的性能指标表示为：

最小化

其中，θ∈Rⁿ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；表示机械臂关节突加度；θ_d∈Rⁿ表示机械臂执行运动规划任务时的起始关节角度；T表示矩阵或向量的转置；参数λ＞0∈R。

进一步地，所述二次型优化方案的约束条件包括：

θ^-≤θ≤θ⁺ (2)

其中，θ^-表示机械臂关节角度的下限；θ⁺表示机械臂关节角度的上限；表示机械臂关节速度的下限；表示机械臂关节速度的上限；表示机械臂关节加速度的下限；表示机械臂关节加速度的上限；表示机械臂关节突加度的下限；表示机械臂关节突加度的上限。

进一步地，将公式(2)-(5)转化为关于机械臂关节突加度的双端约束，表示为：