一种自适应抗噪的冗余度机械臂运动规划方法技术

本发明专利技术提供了一种自适应抗噪的冗余度机械臂运动规划方法，利用内模原理，设计可自动生成用于补偿噪声扰动的信号的动态系统；基于该动态系统，结合机械臂运动规划的要求，引入位置误差的反馈，建立可自适应抗噪的运动规划方案；下位机控制器根据规划方案的求解结果，驱动机械臂使其有效地完成给定的末端规划任务。本发明专利技术基于内模原理和动态系统而设计的运动规划方案，可仅根据谐波噪声的频率便能自动计算得到用于补偿噪声扰动的信号，从而使得冗余度机械臂能够在存在谐波噪声的情况下仍可成功完成给定的末端规划任务，对机械臂在实际应用中的自适应抗噪规划具有重要意义和价值。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应抗噪的冗余度机械臂运动规划方法
本专利技术涉及，特别是一种自适应抗噪的冗余度机械臂运动规划方法。
技术介绍
冗余度机械臂是一种末端能动的机械装置且已广泛应用于工业自动化等国民经济生产活动中。作为机械臂应用研究中的一个重要课题，机械臂的运动规划是指，根据末端执行器期望的运动轨迹(也即，给定的末端规划任务)来实时求解得到机械臂关节变量的轨迹。目前已有多种有效的运动规划方案被提出并应用于机械臂中，但这些方案几乎都是不考虑噪声的干扰的。显然，一旦存在噪声，方案将失效，机械臂也就无法完成给定的末端规划任务。噪声，特别是谐波噪声，在工程应用中会经常遇到，当然机械臂的运动规划也不例外；并且，许多工业上存在的噪声都可以通过傅里叶变换转化为谐波噪声。因此，考虑并补偿谐波噪声的扰动在机械臂运动规划中就显得非常有必要和具有实际价值
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有方法的不足以及展示未来容噪方法的潜在设计，提供一种自适应抗噪的冗余度机械臂运动规划方法。本专利技术采用如下技术方案：一种自适应抗噪的冗余度机械臂运动规划方法，其特征在于，利用内模原理，设计可自动生成用于补偿噪声扰动的信号的动态系统；基于该动态系统，结合机械臂运动规划的要求，引入位置误差的反馈，建立可自适应抗噪的运动规划方案；下位机控制器根据规划方案的求解结果，驱动机械臂使其在存在谐波噪声的情况下仍可有效地完成给定的末端规划任务。所述已知频率的谐波噪声描述为：δ(t)＝Asin(2πft+φ)其中A表示噪声的幅值，f表示噪声的频率，φ表示噪声的相位。所述动态系统设计为：其中y(t)表示用于补偿谐波噪声扰动的信号，z(t)表示y(t)的时间导数且定义为表示z(t)的时间导数。所述可自适应抗噪的运动规划方案设计为：其中表示机械臂的关节速度；P(t)表示机械臂雅可比矩阵J(θ(t))的伪逆矩阵，θ(t)表示机械臂的关节角度；e(t)表示机械臂运动规划过程中的位置误差且定义为表示一个非线性映射函数，rd(t)表示机械臂末端执行器期望的运动轨迹；表示rd(t)的时间导数，γ表示位置误差的反馈增益，t表示时间。由上述对本专利技术的描述可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供了一种能根据谐波噪声的频率便可自动计算得到用于补偿噪声扰动的信号，而使得冗余度机械臂能够在存在谐波噪声的情况下仍可地完成给定末端规划任务的运动规划方法；对机械臂在实际应用中的自适应抗噪规划具有重要意义和价值。附图说明图1为本专利技术的流程图。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的描述。图1所示的一种自适应抗噪的冗余度机械臂运动规划方法主要由机械臂规划中检测到已知频率的谐波噪声1、设计自动补偿噪声扰动的动态系统2、运动规划的要求及位置误差的反馈3、建立自适应抗噪的运动规划方案4、下位机控制器5、冗余度机械臂6这六个部分组成。首先考虑机械臂规划过程中所存在的已知频率的谐波噪声，利用内模原理，设计可自动生成用于补偿噪声扰动的信号的动态系统；然后基于该动态系统，结合机械臂运动规划的要求，引入位置误差的反馈，从而建立可自适应抗噪的运动规划方案；最后下位机控制器将运动规划方案的求解结果用于驱动机械臂的各个关节以使机械臂在存在谐波噪声的情况下仍可完成给定的末端规划任务。考虑机械臂规划过程中所存在的已知频率的谐波噪声δ(t)，其数学表达式描述为：δ(t)＝Asin(2πft+φ)(1)其中A表示噪声的幅值，f表示噪声的频率，φ表示噪声的相位。对于该谐波噪声，幅值A和相位φ都是未知的(或者说是未被检测到的)，只有频率f是已知的(或者说是可被检测到的)。对于(1)中的谐波噪声δ(t)，利用内模原理，可设计如下能自动生成用于补偿谐波噪声扰动的信号的动态系统：其中y(t)表示用于补偿谐波噪声扰动的信号，z(t)表示y(t)的时间导数且定义为表示z(t)的时间导数。基于动态系统(2)，结合机械臂运动规划的要求，通过引入位置误差的反馈，便可建立如下自适应抗噪的运动规划方案：其中表示机械臂的关节速度；P(t)表示机械臂雅可比矩阵J(θ(t))的伪逆矩阵，θ(t)表示机械臂的关节角度；e(t)表示机械臂运动规划过程中的位置误差且定义为表示一个非线性映射函数，rd(t)表示机械臂末端执行器期望的运动轨迹；表示rd(t)的时间导数，γ表示位置误差的反馈增益，t表示时间。所建立的运动规划方案(3)中第一个动态方程可实时计算得到每个时刻t∈[0,T]用于规划机械臂运动的关节速度和关节角度θ(t)，其中T表示机械臂运动规划的周期；第二个和第三个动态方程联合可实时计算得到用于补偿谐波噪声δ(t)扰动的信号y(t)，即-y(t)+δ(t)→0，从而使(3)中第一个动态方程在计算过程中避免谐波噪声的干扰；因此实现了机械臂运动规划过程中自适应抗噪的目的。在使用方案(3)实时求解得到规划机械臂运动的关节变量之后，将相应的结果传递给下位机控制器以驱动机械臂的各个关节运动，从而使得机械臂在存在谐波噪声的情况下仍可完成给定的末端规划任务。上述仅为本专利技术的具体实施方式，但本专利技术的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本专利技术进行非实质性的改动，均应属于侵犯本专利技术保护范围的行为。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应抗噪的冗余度机械臂运动规划方法，其特征在于，利用内模原理，设计可自动生成用于补偿噪声扰动的信号的动态系统；基于该动态系统，结合机械臂运动规划的要求，引入位置误差的反馈，建立可自适应抗噪的运动规划方案；下位机控制器根据规划方案的求解结果，驱动机械臂使其在存在谐波噪声的情况下仍可有效地完成给定的末端规划任务。

【技术特征摘要】
1.一种自适应抗噪的冗余度机械臂运动规划方法，其特征在于，利用内模原理，设计可自动生成用于补偿噪声扰动的信号的动态系统；基于该动态系统，结合机械臂运动规划的要求，引入位置误差的反馈，建立可自适应抗噪的运动规划方案；下位机控制器根据规划方案的求解结果，驱动机械臂使其在存在谐波噪声的情况下仍可有效地完成给定的末端规划任务。2.如权利要求1所述的一种自适应抗噪的冗余度机械臂运动规划方法，其特征在于，所述已知频率的谐波噪声描述为：δ(t)＝Asin(2πft+φ)其中A表示噪声的幅值，f表示噪声的频率，φ表示噪声的相位。3.如权利要求2所述的一种自适应抗噪的冗余度机...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭东生，蔡建煌，李泽昕，冯庆山，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35