机器人轨迹跟踪控制方法、磁性医疗机器人及存储介质技术

本申请涉及机器人轨迹跟踪控制领域，公开了一种机器人轨迹跟踪控制方法、磁性医疗机器人及存储介质。该方法包括：获取机器人基于实际运动参数的实际运动轨迹坐标以及参考轨迹坐标；计算实际轨迹坐标和参考轨迹坐标的坐标误差；以坐标误差的最小化作为迭代目标，对机器人的实际运动参数进行优化迭代得到优化运动参数；其中，每次迭代的初始值均采用上一次迭代的优化值；以优化运动参数控制机器人运动。通过上述方式，本申请能够提高机器人的控制精度与稳定性。制精度与稳定性。制精度与稳定性。

【技术实现步骤摘要】
机器人轨迹跟踪控制方法、磁性医疗机器人及存储介质


[0001]本申请涉及机器人轨迹跟踪控制领域，特别是涉及一种机器人轨迹跟踪控制方法、磁性医疗机器人及存储介质。

技术介绍

[0002]随着信息化、工业化不断融合，以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起，成为当代科技创新的一个重要标志。医疗与机器人结合也成为科技创新中的一个重要板块。医疗机器人的范围非常广泛，用于医疗全阶段的机器人或者机器人化设备都可以叫做医疗机器人。医疗机器人目前大致可以分为手术机器人、康复机器人、医用服务机器人和智能设备等。
[0003]其中，在靶向治疗与微创手术中经常要用到一种微型机器人。随着微纳米加工技术的发展，微型机器人也在不断优化，目前人们通常叫它们为人造微纳机器人。受自然界微生物自由运动的启发，人造微纳机器人近些年得到了广泛的关注与研究，通过电场、磁场、光场等手段可以有效地驱动这些微纳机器人，在无创手术、靶向药物运输和生物传感检测等领域具有广泛的应用。在多种操控方案中，磁控驱动可以无线式精确操纵微纳机器人，通过改变外部磁场的梯度和方向，会对磁控微纳机器人施加力和力矩，进而使其沿着期望的轨迹运动。
[0004]在对磁性微纳机器人进行实时轨迹跟踪控制的问题中，大多采用基于几何方法的轨迹跟踪中的纯跟踪方法(Pure
‑
Pursuit)和Stanley方法。Pure
‑
Pursuit方法通过计算从当前位置到某个目标位置的距离误差的比例控制器。当前探测距离过大时，跟踪性能较差，易偏离轨迹；而Stanley方法考虑了角度误差和距离误差，但在非连续路径上表现不佳。对于基于模型预测优化控制的方法，其优化求解的速度有待提升。

技术实现思路

[0005]本申请主要解决的技术问题是提供一种机器人轨迹跟踪方法，能够实现提高机器人的控制精度与稳定性。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请采用的一种技术方案是：提供了一种机器人轨迹跟踪控制方法，包括：
[0007]获取机器人基于实际运动参数的实际轨迹坐标以及参考轨迹坐标；计算实际轨迹坐标和参考轨迹坐标的坐标误差；以坐标误差的最小化作为迭代目标，对机器人的实际运动参数进行优化迭代得到优化运动参数；其中，每次迭代的初始值均采用上一次迭代的优化值；以优化运动参数控制机器人运动。
[0008]进一步地，计算实际轨迹坐标和参考轨迹坐标的坐标误差，包括，基于实际轨迹坐标和参考轨迹坐标的坐标差值和实际运动参数得到坐标误差。
[0009]进一步地，基于实际轨迹坐标和参考轨迹坐标的坐标差值和实际运动参数得到坐标误差，包括，以参考运动参数构建状态系数矩阵，计算状态系数矩阵与坐标差值的乘积，
实际运动参数与控制系数矩阵的乘积；将两乘积之和作为坐标误差。
[0010]其中，参考运动参数为其中，v
r
表示参考运动速度，w
r
表示参考运动角速度；状态系数矩阵为控制系数矩阵为坐标误差为其中，e1、e2、e3表示实际轨迹坐标和参考轨迹坐标的坐标差值。
[0011]进一步地，获取机器人基于实际运动参数的实际轨迹坐标以及参考轨迹坐标，包括，获取预测范围内每个步长下机器人基于实际运动参数的实际轨迹坐标；计算实际轨迹坐标和参考轨迹坐标的坐标误差，包括，计算每个步长下实际轨迹坐标和参考轨迹坐标的坐标误差；以坐标误差的最小化作为迭代目标，包括，以所有步长下坐标误差中的坐标差值之和，以及控制范围内实际运动参数之和的最小化作为迭代目标。
[0012]进一步地，该方法还包括，预测范围大于或等于控制范围。
[0013]进一步地，以坐标误差的最小化作为迭代目标，对机器人的实际运动参数进行优化迭代得到优化运动参数，还包括，以实际运动参数在预设范围内、优化运动参数在预设范围内以及坐标差值在预设范围内为约束条件。
[0014]进一步地，对机器人的实际运动参数进行优化迭代得到优化运动参数，包括，对机器人在控制范围内的所有实际运动参数进行优化迭代得到优化运动参数序列；以优化运动参数控制机器人运动，包括，以优化运动参数序列中的当前优化运动参数控制机器人运动。
[0015]为了解决上述问题，本申请采用的另一种技术方案是：提供一种磁性医疗机器人，包括，处理器以及与处理器耦接的存储器，存储器中存储有计算机程序，处理器用于执行计算机程序以实现上述方法。
[0016]为了解决上述问题，本申请采用的另一种技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，其中，计算机可读存储介质后存储有程序数据，程序数据在被处理器执行时，用于实现上述方法。
[0017]本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提供一种机器人轨迹跟踪控制方法。该方法通过获取机器人基于实际运动参数的实际运动轨迹坐标以及参考轨迹坐标；计算实际轨迹坐标和参考轨迹坐标的坐标误差；以坐标误差的最小化作为迭代目标，对机器人的实际运动参数进行优化迭代得到优化运动参数；其中，每次迭代的初始值均采用上一次迭代的优化值；以优化运动参数控制机器人运动。该方法通过构造三自由度的运动模型和轨迹跟踪误差模型，对误差模型采用加速优化迭代控制方法对机器人加以控制，加快了收敛速度。通过上述方式，本申请能够提高机器人的控制精度与稳定性。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
[0019]图1是本申请提供的一种机器人轨迹跟踪控制方法一实施例的流程示意图；
[0020]图2是本申请提供的一种机器人轨迹跟踪控制方法另一实施例的流程示意图；
[0021]图3是本申请提供的一种机器人轨迹跟踪控制方法另一实施例的流程示意图；
[0022]图4是本申请提供的一种磁性医疗机器人一实施例的结构示意图；
[0023]图5是本申请提供的计算机可读存储介质一实施例的结构示意图；
[0024]图6是本申请提供的圆形轨迹跟踪结果图；
[0025]图7是本申请提供的圆形轨迹跟踪每一次迭代的时间图；
[0026]图8是本申请提供的八字形轨迹跟踪结果图；
[0027]图9是本申请提供的八字形轨迹跟踪每一次迭代的时间图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部方法和流程。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0029]本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取所述机器人基于实际运动参数的实际轨迹坐标以及参考轨迹坐标；计算所述实际轨迹坐标和参考轨迹坐标的坐标误差；以所述坐标误差的最小化作为迭代目标，对所述机器人的实际运动参数进行优化迭代得到优化运动参数；其中，每次迭代的初始值均采用上一次迭代的优化值；以所述优化运动参数控制所述机器人运动。2.根据权利要求1所述的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述计算所述实际轨迹坐标和参考轨迹坐标的坐标误差，包括：基于所述实际轨迹坐标和所述参考轨迹坐标的坐标差值和所述实际运动参数得到所述坐标误差。3.根据权利要求2所述的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述基于所述实际轨迹坐标和所述参考轨迹坐标的坐标差值和所述实际运动参数得到所述坐标误差，包括：以参考运动参数构建状态系数矩阵，计算所述状态系数矩阵与所述坐标差值的乘积，所述实际运动参数与控制系数矩阵的乘积；将两乘积之和作为所述坐标误差。4.根据权利要求3所述的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述参考运动参数为其中，v
r
表示参考运动速度，w
r
表示参考运动角速度；所述状态系数矩阵为所述控制系数矩阵为所述坐标误差为其中，e1、e2、e3表示所述实际轨迹坐标和所述参考轨迹坐标的坐标差值。5.根据权利要求1所述的轨迹跟踪控制方法，其特征在于，所述获取所述机器人基于实际运动参数的实际轨迹坐标以及参考轨迹坐标，包括：获取预测范围内每个步长下所述机器人基于实际运动参数的实际轨迹坐标；所述计算所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳，徐天添，吴新宇，黄哲俊，杨志恒，党少博，潘仲明，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：