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专利号: 2019102438352
申请人: 陕西理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 手动工具;轻便机动工具;手动器械的手柄;车间设备;机械手
更新日期:2024-04-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于冗余机械臂的自运动方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1、确定冗余机械臂逆运动学方程;

步骤1中逆运动学方程表示如下:f(θ(t))=r(t)          (1)T T

其中θ(t)=[θ1(t),θ2(t)…θn(t)] ,是关节角度列向量;r(t)=[x(t),y(t),z(t)] 是期望的末端轨迹;f(·)是一个非线性映射;

步骤2、对自运动方程两边同时求导;

步骤2中自运动方程两边同时求导后表示如下:n×m

其中,J(θ(t))∈R 为速度雅克比矩阵,n为机械臂自由度,m表示末端执行器空间维度; 和 表示关节角速度向量和末端执行器速度向量;

步骤3、将所述逆运动学方程设计为时变凸二次规划问题;

步骤3中逆运动学方程设计为时变凸二次规划问题后表示如下:式(3)中,T表示矩阵的转置,W表示单位矩阵I,c表示自运动指标;

步骤4、在所述时变凸二次规划问题中分别引入自运动指标和末端位置反馈;

步骤4中自运动指标表示为:

c=γ(θ(t)‑θe)           (4)式(4)中,γ表示关节漂移响应系数,θ(t)表示机械臂的关节角度,θe是期望达到的角关节状态向量;

末端位置反馈表示为:k(r(t)‑f(θ))         (5)式(5)中,k为位置反馈系数;r(t)为初始关节状态q0所对应的末端位置向量,为一个常数列向量,f(θ)表示机械臂运动过程中实际的末端位置向量;

引入自运动指标和末端位置反馈后,公式(3)可以表示为:式(6)中,f(θ)表示机械臂运动过程中实际的末端位置向量;

步骤5、引入拉格朗日函数,求解时变凸二次规划问题受等式约束的时变凸二次规划方程,并将其转化为时变矩阵方程,并得到最优解;

步骤5中时变矩阵方程表示为:

用x替换 J替换J(θ(t)),Τ Τ

将(7)式简化为:L(t)=x Wx/2+c x+λ(J·x‑b)       (8)式(8)中,λ为拉格朗日乘子;

对公式(8)分别对x和λ求偏导,得:将公式(9)简化为如下矩阵:Qy=u           (10)式(10)中,

使用一种变参递归神经网络对公式(10)进行求解,将矩阵方程改写为:ε(t)=Qy‑u,根据神经动力学的方法,设计神经动力学公式为: 将其分别带入矩阵方程(10),得到变参递归神经网络,表示为:* *

对公式(11)进行求解得到最优解y,其前n项即最优角速度x;

步骤6、对步骤5得到的速度层上的最优解进行积分,即可得到各个关节角的最优解;

*

步骤7、将求解得到的最优角速度x传给下位机控制器驱动机械臂。