[发明专利]一种面向双臂机械手同步重复运动规划的终态网络优化方法

摘要

一种面向双臂机械手同步重复运动规划的终态网络优化方法，包括以下步骤：1)确定双臂机械手左右两个末端执行器期望目标轨迹r*L(t)和r*R(t)，双臂机械手左右关节角期望回拢的角度θ*L(0)和θ*R(0)；2)设计终态吸引优化指标，形成双臂机械手同步重复运动规划方案；3)构建有限值激活函数的终态网络模型，以终态网络求解时变矩阵方程；4)将求解得到的结果用于控制各关节电机，驱动机械臂执行任务。本发明提供一种精度高、有限时间收敛的双臂机械手可重复运动方法，当机械手左右各关节角初始位置任意给定时，保证双臂机械手仍然可以有效完成工作任务，而无需考虑初始各个关节角是否在期望的任务轨迹上。

主权项

1.一种面向双臂机械手同步重复运动规划的终态网络优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)确定双臂机械手左右两个末端执行器期望目标轨迹r^*_L(t)和r^*_R(t)，双臂机械手各关节角期望回拢的角度θ^*_L(0)和θ^*_R(0)；2)设计终态吸引优化指标，形成双臂机械手同步重复运动规划方案，其中双臂机械手实际运动时的初始关节角可以任意指定，不要求末端执行器处于期望轨迹上；给定双臂机械手实际运动时的左右两臂的初始关节角度θ_L(0)和θ_R(0),分别以θ_L(0)和θ_R(0)为左右两个机械臂运动起始点，形成重复运动规划方案：其中，Θ＝[θ_L；θ_R]。θ_L表示左边机械臂的关节角度，θ_R表示右边机械臂的关节角度，表示双臂机械手的各运动关节角速度，Θ^*(0)为机械手左右两臂各关节角的期望初始值，β_Θ＞0，0＜δ＜1是一设计参数，用来形成关节位移的动态性能，Θ(t)‑Θ^*(0)表示双臂机械手各关节角初始位置与初始期望位置之间的位移偏差，表示机械手左右末端执行器期望的运动轨迹，表示左右末端执行器期望的速度向量，由于机械手的左右初始位置可能不在期望的轨迹上，分别通过减小左右臂末端执行器期望位置与实际运动轨迹位置间的误差(Υ‑f(Θ))，改变末端执行器的运动方向，β_Υ＞0表示位置的参数增益，用来调节左右双臂的末端执行器运动时的速率，J(Θ)是双臂机械手的雅可比矩阵，f(Θ)是双臂机械手的实际运动轨迹；3)构建有限值激活函数的终态网络模型，其动态特性由下述方程描述其中，关节角位移偏差E(t)＝Θ(t)‑Θ(0)，此动态方程所表达的系统有限时间收敛于零，0＜δ＜1,β_E＞0；在运动规划方案(1)达到最小值时，双臂机械手的各个关节角可以回拢到期望的目标轨迹上；为求解步骤2)中的二次规划，建立拉格朗日函数：式中，λ(t)为拉格朗日乘子向量，λ^T是λ(t)向量的转置；通过拉格朗日函数对各个变量求导，并令其为零，得下述时变矩阵方程WY＝v   (3)其中，I为单位矩阵记E＝WY‑v，以式(2)所描述的有限值终态网络求解时变矩阵方程(3)，得到系统的求解方程如下4)将步骤3)中求解得到的结果用于控制各关节电机，驱动双臂机械手执行任务。