The invention discloses a distributed multi-mobile manipulator cooperative handling method for optimizing energy and maneuverability, which can simultaneously optimize energy and maneuverability, and obtains a control quantity for maximizing energy optimum and maneuverability by convex optimization. The specific plan is: establish a single mobile manipulator kinematics model. Aiming at the kinematics model of single mobile manipulator, the optimization objective and constraint condition are established. The optimization objective is to minimize the sum of motion energy and joint motion energy of the mobile platform of a single mobile manipulator and subtract the maneuverability. The constraints are as follows: using the distributed leader-follower approach, one of the multiple single-mobile manipulators is selected as the virtual leader, and each single-mobile manipulator is distributed in formation at the end of the multiple single-mobile manipulators according to the information of the neighbor single-mobile manipulator. The control variables of the single mobile manipulator are obtained by solving the optimization objectives and constraints. The control variables are used to control the single mobile manipulator.
【技术实现步骤摘要】
优化能量与操作度的分布式多移动机械手协同搬运方法
本专利技术涉及多智能体控制
,具体涉及优化能量与操作度的分布式多移动机械手协同搬运方法。
技术介绍
在目前自动化工业、物流以及军用场合,固定机械手越来越无法满足大范围工作空间的需要,将固定机械手安装在移动平台上的移动机械手越来越受到各领域的广泛关注。移动机械手能够利用移动平台更大的活动范围以及机械手灵活的操作能力适应复杂多变的任务。然而,当遇到的任务更加复杂时,例如,搬运大体积大重量的物体、搭建空间站等,一个单移动机械手无法完成时,就需要多个移动机械手协同配合完成。由于移动机械手具有很强的冗余性,多个单移动机械手协同将会产生更多冗余的自由度,则为了实现一个相同的目标,会产生多种实现方式,如何设定指标,在无穷解中找出最优解成了一个研究难点。在实际的应用中,移动机械手的通讯范围以及通讯能力将会受到通讯设备的制约,无法实现整个系统共享状态信息。并且集中式将会给中心节点带来巨大的计算负担,鲁棒性较差,很容易因为一个节点的故障导致整个系统崩溃。因此分布化的系统具有通讯负担小、计算复杂度小、鲁棒性强等特点,常常在实际工程中使用。操作度是当前状态机械手能够到达任意位置或任意方向的能力一种度量。其能够表示当前状态的机械手的应用潜力,当机械手在运动学的奇异位形时,对应的雅克比矩阵将是不满秩的,常称为病态的(ill-conditioned)。在实际系统中,也希望能避免机械手奇异位形的出现,在奇异位形处,机械手想要到达一个期望的位置或方向,其关节角速度或角加速度将会无限大,从而损坏机械手。目前,对于固定机械手逆运动学的求解 ...
【技术保护点】
1.优化能量与操作度的分布式多移动机械手协同搬运方法,其特征在于,该方法针对由多个单移动机械手以及移动平台组成的多移动机械手系统进行协同搬运控制,搬运目标为待搬运物体,其中所述多移动机械手系统中,相邻单移动机械手之间可以进行通信,包括如下步骤:对所述单移动机械手的关节空间到任务空间的非线性映射求导,得到关节角度到单移动机械手的末端速度的线性映射,将单移动机械手的运动学模型与移动平台运动学模型结合,得到单移动机械手运动学模型;针对所述单移动机械手运动学模型,建立优化目标和约束条件;所述优化目标为:使得所述单移动机械手的移动平台运动能量与关节运动能量之和减去操作度的结果最小;所述约束条件为:采用分布式的领导者‑跟随者方式,在所述多个单移动机械手中选取其中一个作为虚拟领导者,每个单移动机械手仅根据邻居单移动机械手的信息,对多个单移动机械手的末端进行分布式编队;针对所述优化目标和所述约束条件求解得到所述单移动机械手的控制量,采用所述控制量对所述单移动机械手进行控制。
【技术特征摘要】
1.优化能量与操作度的分布式多移动机械手协同搬运方法,其特征在于,该方法针对由多个单移动机械手以及移动平台组成的多移动机械手系统进行协同搬运控制,搬运目标为待搬运物体,其中所述多移动机械手系统中,相邻单移动机械手之间可以进行通信,包括如下步骤:对所述单移动机械手的关节空间到任务空间的非线性映射求导,得到关节角度到单移动机械手的末端速度的线性映射,将单移动机械手的运动学模型与移动平台运动学模型结合,得到单移动机械手运动学模型;针对所述单移动机械手运动学模型,建立优化目标和约束条件;所述优化目标为:使得所述单移动机械手的移动平台运动能量与关节运动能量之和减去操作度的结果最小;所述约束条件为:采用分布式的领导者-跟随者方式,在所述多个单移动机械手中选取其中一个作为虚拟领导者,每个单移动机械手仅根据邻居单移动机械手的信息,对多个单移动机械手的末端进行分布式编队;针对所述优化目标和所述约束条件求解得到所述单移动机械手的控制量,采用所述控制量对所述单移动机械手进行控制。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述多移动机械手系统包括n个单移动机械手,所述单移动机械手在k维任务空间工作,且具有m个关节角;则第i个单移动机械手的运动学模型为:其中ui为所述第i个单移动机械手的末端速度,xi为第i个单移动机械手末端在k维任务空间的坐标,为k维实数空间;ωi为第i个单移动机械手关节角速度,为m维实数空间;θi为第i个单移动机械手m个关节的角度;r为移动平台在k...
【专利技术属性】
技术研发人员:方浩,开昰雄,陈杰,吴楚,罗明,
申请(专利权)人:北京理工大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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