多固定基座冗余度机械臂的任务动态追踪方法和装置制造方法及图纸

一种多固定基座冗余度机械臂的任务动态追踪方法包括：获取多固定基座冗余度机械臂系统中的固定基座冗余度机械臂与目标物的距离，并根据固定基座冗余度机械臂的拓扑连接图的连接关系，相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间交换信息；根据所述固定基座冗余度机械臂与目标物的距离，以及相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间所交换的信息，确定与目标物最近的固定基座冗余度机械臂；启动所述与目标物的距离最近的固定基座冗余度机械臂的末端执行器，对目标物进行追踪。本方法能够有效的适应大规模环境下的固定基座冗余度机械臂之间的通信，并完成多固定基座冗余度机械臂系统的协作。

Task dynamic tracking method and device for redundant manipulator with multiple fixed base

A task dynamic tracking method of redundant manipulator with multiple fixed base consists of obtaining the distance between the redundant manipulator and the object in the redundant manipulator system of the fixed base and the connection relation of the topological connection diagram of the redundant manipulator of the fixed base, and the redundancy of the two adjacent fixed base seats. Exchange information between the arms; based on the distance between the redundant manipulator arm and the object, and the information exchanged between the two adjacent fixed base redundant manipulator, the fixed base redundancy manipulator with the nearest target is determined; the fixed base redundancy mechanism is started with the distance between the target and the target. The end effector of the arm tracks the target. This method can effectively adapt to the communication between redundant manipulator with fixed base and complete the cooperation of redundant manipulator system with multiple fixed base.

【技术实现步骤摘要】
多固定基座冗余度机械臂的任务动态追踪方法和装置
本专利技术属于智能控制领域，尤其涉及多固定基座冗余度机械臂的任务动态追踪方法和装置。
技术介绍
冗余度机械臂具有自由度大于任务空间所需最少自由度的特性，广泛应用于装备制造、产品加工、机器作业等国民经济生产活动中。冗余度机械臂经过多年的研究与发展，已经逐步走向实用化。随着科技的进步，多固定基座冗余度机械臂系统在医疗手术、汽车装配等领域逐渐发挥出巨大的作用，并显现出广泛的应用前景。例如，著名的达芬奇外科手术机器人即可被视为是一种多固定基座冗余度机械臂系统，其逐渐成为高水平医疗不可或缺的助手。在广阔的环境中，多固定基座冗余度机械臂系统中各个固定基座冗余度机械臂因距离以及通信负载的限制，通常不具有全局通信的能力，也即，多固定基座冗余度机械臂系统中，每个固定基座冗余度机械臂只能与数量有限的固定基座冗余度机械臂通信。在大规模环境下，固定基座冗余度机械臂之间有可能因为数量较多导致通信负载过大而难以通信，导致信息不能随时、随地进行共享，不能有效的完成多固定基座冗余度机械臂系统协作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多固定基座冗余度机械臂的任务动态追踪方法，以解决现有技术固定基座冗余度机械臂之间有可能因为数量较多导致通信负载过大而难以通信，导致信息不能随时、随地进行共享，不能有效的完成多固定基座冗余度机械臂系统协作的问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种多固定基座冗余度机械臂的任务动态追踪方法，所述方法包括：获取多固定基座冗余度机械臂系统中的固定基座冗余度机械臂与目标物的距离，并根据固定基座冗余度机械臂的拓扑连接图的连接关系，相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间交换信息；根据所述固定基座冗余度机械臂与目标物的距离，以及相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间所交换的信息，确定与目标物最近的固定基座冗余度机械臂；启动所述与目标物的距离最近的固定基座冗余度机械臂的末端执行器，对目标物进行追踪。结合第一方面，在第一方面的第一种可能实现方式中，所述根据所述固定基座冗余度机械臂与目标物的距离，以及相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间所交换的信息，确定与目标物最近的固定基座冗余度机械臂步骤包括：通过公式：以及确定固定基座冗余度机械臂是否为与目标物最近的固定基座冗余度机械臂，其中：矩阵A∈Rn×n，其第ij个元素定义为第i个固定基座冗余度机械臂与第j个固定基座冗余度机械臂之间的连接权值，即当第i个与第j个固定基座冗余度机械臂在拓扑图上连通时，Aij＝1，否则，Aij＝0，且第i个固定基座冗余度机械臂与自己的连接权值为Aii＝1，si对应于第i个固定基座冗余度机械臂的启动状态，当si为0时，第i个固定基座冗余度机械臂不启动，否则启动，si的初始值随机给定，ηi为辅助变量，其初始值随机给定，ui＝z-di，z为正数，di为第i个固定基座冗余度机械臂实时获得的其末端执行器与移动目标物之间的距离，j∈N(i)表示与第i个固定基座冗余度机械臂连接权值为1的固定基座冗余度机械臂编号，γ与λ为控制算法收敛速度的正参数，τ∈R为采样间隔，c0∈R与c2∈R为正常数，上标k表示第k次迭代。结合第一方面的第一种可能实现方式，在第一方面的第二种可能实现方式中，当第i个固定基座冗余度机械臂中，除第一个关节角外的其余关节角度的绝对值的和小于预先设定数值σ时，其中为正数。结合第一方面的第一种可能实现方式，或者第一方面的第二种可能实现方式，在第一方面的第三种可能实现方式中，所述启动所述与目标物的距离最近的固定基座冗余度机械臂的末端执行器，对目标物进行追踪的步骤包括：根据迭代后的固定基座冗余度机械臂的启动状态，结合公式：确定第i个固定基座冗余度机械臂所获得的启动状态，其中：表示在第kτ时刻时，第i个固定基座冗余度机械臂移动平台和机械臂的联合角度向量，表示在第kτ时刻时，第i个固定基座冗余度机械臂移动平台和机械臂的联合速度向量，上标T表示矩阵和向量的转置，表示在第kτ时刻时，第i个固定基座冗余度机械臂雅可比矩阵的转置，表示在第kτ时刻时，第i个固定基座冗余度机械臂末端执行器的位置向量，表示在第kτ时刻时，移动目标物的位置向量，α代表速度反馈正系数。结合第一方面，在第一方面的第四种可能实现方式中，所述固定基座冗余度机械臂为连杆机械臂，所述根据固定基座冗余度机械臂的拓扑连接图的连接关系，相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间交换信息步骤具体为：按序对所述连杆机械臂的固定基座冗余度机械臂进行编号，在编号相连的两个固定基座冗余度机械臂之间交换信息。第二方面，本专利技术实施例提供了一种多固定基座冗余度机械臂的任务动态追踪装置，所述装置包括：信息获取单元，用于获取多固定基座冗余度机械臂系统中的固定基座冗余度机械臂与目标物的距离，并根据固定基座冗余度机械臂的拓扑连接图的连接关系，相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间交换信息；确定单元，用于根据所述固定基座冗余度机械臂与目标物的距离，以及相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间所交换的信息，确定与目标物最近的固定基座冗余度机械臂；追踪单元，用于启动所述与目标物的距离最近的固定基座冗余度机械臂的末端执行器，对目标物进行追踪。结合第二方面，在第二方面的第一种可能实现方式中，所述确定单元具体用于：通过公式：以及确定固定基座冗余度机械臂是否为与目标物最近的固定基座冗余度机械臂，其中：矩阵A∈Rn×n，其第ij个元素定义为第i个固定基座冗余度机械臂与第j个固定基座冗余度机械臂之间的连接权值，即当第i个与第j个固定基座冗余度机械臂在拓扑图上连通时，Aij＝1，否则，Aij＝0，且第i个固定基座冗余度机械臂与自己的连接权值为Aii＝1，si对应于第i个固定基座冗余度机械臂的启动状态，当si为0时，第i个固定基座冗余度机械臂不启动，否则启动，si的初始值随机给定，ηi为辅助变量，其初始值随机给定，ui＝z-di，z为正数，di为第i个固定基座冗余度机械臂实时获得的其末端执行器与移动目标物之间的距离，j∈N(i)表示与第i个固定基座冗余度机械臂连接权值为1的固定基座冗余度机械臂编号，γ与λ为控制算法收敛速度的正参数，τ∈R为采样间隔，c0∈R与c2∈R为正常数，上标k表示第k次迭代。结合第二方面的第一种可能实现方式，在第二方面的第二种可能实现方式中，当第i个固定基座冗余度机械臂中，除第一个关节角外的其余关节角度的绝对值的和小于预先设定数值σ时，其中为正数。结合第二方面的第一种可能实现方式，或第二方面的第二种可能实现方式，在第二方面的第三种可能实现方式中，所述追踪单元具体用于：根据迭代后的固定基座冗余度机械臂的启动状态，结合公式：确定第i个固定基座冗余度机械臂所获得的启动状态，其中：表示在第kτ时刻时，第i个固定基座冗余度机械臂移动平台和机械臂的联合角度向量，表示在第kτ时刻时，第i个固定基座冗余度机械臂移动平台和机械臂的联合速度向量，上标T表示矩阵和向量的转置，表示在第kτ时刻时，第i个固定基座冗余度机械臂雅可比矩阵的转置，表示在第kτ时刻时，第i个固定基座冗余度机械臂末端执行器的位置向量，表示在第kτ时刻时，移动目标物的位置向量，α代表速度反馈正系数。结合第二方面，在第二方面的第四种可能实现方式中，所述固定基座冗余本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多固定基座冗余度机械臂的任务动态追踪方法，其特征在于，所述方法包括：获取多固定基座冗余度机械臂系统中的固定基座冗余度机械臂与目标物的距离，并根据固定基座冗余度机械臂的拓扑连接图的连接关系，相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间交换信息；根据所述固定基座冗余度机械臂与目标物的距离，以及相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间所交换的信息，确定与目标物最近的固定基座冗余度机械臂；启动所述与目标物的距离最近的固定基座冗余度机械臂的末端执行器，对目标物进行追踪。

【技术特征摘要】
1.一种多固定基座冗余度机械臂的任务动态追踪方法，其特征在于，所述方法包括：获取多固定基座冗余度机械臂系统中的固定基座冗余度机械臂与目标物的距离，并根据固定基座冗余度机械臂的拓扑连接图的连接关系，相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间交换信息；根据所述固定基座冗余度机械臂与目标物的距离，以及相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间所交换的信息，确定与目标物最近的固定基座冗余度机械臂；启动所述与目标物的距离最近的固定基座冗余度机械臂的末端执行器，对目标物进行追踪。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据所述固定基座冗余度机械臂与目标物的距离，以及相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间所交换的信息，确定与目标物最近的固定基座冗余度机械臂步骤包括：通过公式：以及确定固定基座冗余度机械臂是否为与目标物最近的固定基座冗余度机械臂，其中：矩阵A∈Rn×n，其第ij个元素定义为第i个固定基座冗余度机械臂与第j个固定基座冗余度机械臂之间的连接权值，即当第i个与第j个固定基座冗余度机械臂在拓扑图上连通时，Aij＝1，否则，Aij＝0，且第i个固定基座冗余度机械臂与自己的连接权值为Aii＝1，si对应于第i个固定基座冗余度机械臂的启动状态，当si为0时，第i个固定基座冗余度机械臂不启动，否则启动，si的初始值sik＝0＝si0随机给定，ηi为辅助变量，其初始值随机给定，ui＝z-di，z为正数，di为第i个固定基座冗余度机械臂实时获得的其末端执行器与移动目标物之间的距离，j∈N(i)表示与第i个固定基座冗余度机械臂连接权值为1的固定基座冗余度机械臂编号，γ与λ为控制算法收敛速度的正参数，τ∈R为采样间隔，c0∈R与c2∈R为正常数，上标k表示第k次迭代。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，当第i个固定基座冗余度机械臂中，除第一个关节角外的其余关节角度的绝对值的和小于预先设定数值σ时，其中为正数。4.根据权利要求2或3所述方法，其特征在于，所述启动所述与目标物的距离最近的固定基座冗余度机械臂的末端执行器，对目标物进行追踪的步骤包括：根据迭代后的固定基座冗余度机械臂的启动状态，结合公式：确定第i个固定基座冗余度机械臂所获得的启动状态，其中：表示在第kτ时刻时，第i个固定基座冗余度机械臂移动平台和机械臂的联合角度向量，表示在第kτ时刻时，第i个固定基座冗余度机械臂移动平台和机械臂的联合速度向量，上标T表示矩阵和向量的转置，表示在第kτ时刻时，第i个固定基座冗余度机械臂雅可比矩阵的转置，表示在第kτ时刻时，第i个固定基座冗余度机械臂末端执行器的位置向量，表示在第kτ时刻时，移动目标物的位置向量，α代表速度反馈正系数。5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述固定基座冗余度机械臂为连杆机械臂，所述根据固定基座冗余度机械臂的拓扑连接图的连接关系，相邻的两个固定基座冗余度机械臂之间交换...

【专利技术属性】
技术研发人员：金龙，李帅，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44