机器人运动控制方法及装置、机器人控制设备和存储介质制造方法及图纸

本申请提供一种机器人运动控制方法及装置、机器人控制设备和存储介质，涉及机器人控制技术领域。本申请根据并联机器人当前的实时状态信息和待执行任务的期望运动轨迹信息，确定执行待执行任务时的任务执行系数矩阵及动力学约束条件，并基于并联机器人的并联机构传递性能优质空间在广义关节空间下的超平面约束条件构建参数分布约束条件，接着采用任务执行系数矩阵从任务执行损失函数处求解出满足动力学约束条件以及参数分布约束条件的目标驱动参数，从而通过目标驱动参数将机器人运动学信息及并联机构的与运动/力传递性能相关的期望工作空间范围充分考虑到机器人运动控制过程中，确保机器人在实现期望运动效果的同时表现出预期的运行性能。表现出预期的运行性能。表现出预期的运行性能。

【技术实现步骤摘要】
机器人运动控制方法及装置、机器人控制设备和存储介质


[0001]本申请涉及机器人控制
，具体而言，涉及一种机器人运动控制方法及装置、机器人控制设备和存储介质。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断发展，机器人技术因具有极大的研究价值及应用价值受到了各行各业的广泛重视，并联机构也因具有低惯量、高刚度、高承载能力、高速能力及出色的灵巧性等特点被逐步应用到工业机器人及足式机器人，用以提升对应机器人的运动学性能及动力学性能(例如，速度能力、加速能力等)。但在具有并联机构的并联机器人的实际应用过程中，往往会因外界事物干扰或自身任务规划不当等因素，导致并联机器人的并联机构的运动/力传递性能出现恶化现象，无法确保机器人运行性能达到预期状态。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种机器人运动控制方法及装置、机器人控制设备和存储介质，能够在机器人运动控制过程中充分考虑机器人运动学信息及并联机构的与运动/力传递性能相关的期望工作空间范围，确保机器人在实现期望运动效果的同时表现出预期的运行性能。
[0004]为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
[0005]第一方面，本申请提供一种机器人运动控制方法，所述方法包括：
[0006]根据并联机器人当前的实时状态信息以及待执行任务所对应的期望运动轨迹信息，确定所述并联机器人执行所述待执行任务时的任务执行系数矩阵及与任务驱动参数相关的动力学约束条件；
[0007]根据所述期望运动轨迹信息以及所述实时状态信息，基于所述并联机器人的并联机构传递性能优质空间在广义关节空间下的超平面约束条件，构建与任务驱动参数相关的涉及并联机构运动松弛状况的参数分布约束条件，其中所述并联机器人的并联机构在所述并联机构传递性能优质空间内每个工作空间位置处的运动/力传递性能处于预设性能指标范围内；
[0008]采用所述任务执行系数矩阵对预存的涉及并联机构运动松弛状况的任务执行损失函数进行求解，得到满足所述动力学约束条件以及所述参数分布约束条件的目标驱动参数；
[0009]按照所述目标驱动参数控制所述并联机器人各关节端执行器运行，以执行待执行任务。
[0010]在可选的实施方式中，所述方法还包括：
[0011]获取所述并联机器人的所有并联机构各自的离散化末端可达工作空间的离散点位置信息；
[0012]针对每个并联机构，从该并联机构的离散化末端可达工作空间的离散点位置信息
中筛选对应运动/力传递性能处于预设性能指标范围内的目标离散点的位置信息，并基于筛选出的目标离散点的位置信息构建该并联机构所对应的传递性能局部优质空间；
[0013]针对每个并联机构的传递性能局部优质空间，构建该传递性能局部优质空间的近似内切多面体的局部超平面约束方程；
[0014]将所述并联机器人的所有并联机构各自的局部超平面约束方程进行求并集合，得到所述并联机构传递性能优质空间的全局超平面约束方程；
[0015]将所述全局超平面约束方程在广义关节空间下进行参数换算，得到所述超平面约束条件。
[0016]在可选的实施方式中，所述全局超平面约束方程采用如下式子表达为：
[0017]Ep≤F,其中p∈R
m
,
[0018]所述超平面约束条件采用如下式子表达为：
[0019]其中
[0020]所述参数分布约束条件采用如下式子表达为：
[0021]其中
[0022]其中，p用于表示所述并联机器人的工作空间位置，m用于表示所述并联机构传递性能优质空间的空间维度数目，n
h
用于表示所述并联机构传递性能优质空间的超平面数目，E用于表示所述并联机构传递性能优质空间的第一约束系数矩阵，F用于表示所述并联机构传递性能优质空间的第一约束系数向量，用于表示所述并联机器人在广义关节空间下对应广义坐标位置处的广义加速度，n用于表示所述广义关节空间的空间维度数目，ε用于表示所述并联机器人的并联机构在运动时的松弛变量，V与W分别用于表示所述并联机构传递性能优质空间的第二约束系数矩阵及第二约束系数向量；在此过程中，V与W采用如下式子计算得到：
[0023][0024]其中，V
(i,j)
用于表示第二约束系数矩阵的第i行第j列的元素，Δt用于表示预设时间间隔，E
(i,k)
用于表示第一约束系数矩阵的第i行第k列的元素，J
(k,j)
用于表示所述期望运动轨迹信息中的末端雅可比矩阵的第k行第j列的元素，W
i
用于表示第二约束系数向量的第i个元素，F
i
用于表示第一约束系数向量的第i个元素，用于表示所述实时状态信息所包括的所述并联机器人在当前时刻的工作空间位置的第k个元素，J
(k,:)
用于表示所述期望运动轨迹信息中的末端雅可比矩阵的第k行的全部元素，用于表示所述实时状态信息所包括的所述并联机器人在当前时刻的广义坐标位置处的广义速度，为所述末端雅可比
矩阵J的一阶导数。
[0025]在可选的实施方式中，所述待执行任务包括至少一个待执行子任务，所述任务执行系数矩阵包括第一任务系数矩阵及第二任务系数矩阵，所述根据并联机器人当前的实时状态信息以及待执行任务所对应的期望运动轨迹信息，确定所述并联机器人执行所述待执行任务时的任务执行系数矩阵的步骤，包括：
[0026]针对每个待执行子任务，从所述期望运动轨迹信息中获取与该待执行子任务对应的末端雅可比矩阵，并基于获取到的所述末端雅可比矩阵构建该待执行子任务的第一执行系数子矩阵；
[0027]从所述实时状态信息中获取所述并联机器人的广义速度，从所述期望运动轨迹信息中获取与该待执行子任务对应的期望末端加速度，并根据所述广义速度、所述末端雅可比矩阵以及所述期望末端加速度构建该待执行子任务的第二执行系数子矩阵；
[0028]根据该待执行子任务的执行权重对该待执行子任务的第一执行系数子矩阵及第二执行系数子矩阵分别进行加权运算，得到该待执行子任务的第一加权参数子矩阵及第二加权参数子矩阵；
[0029]将所述待执行任务下所有待执行子任务各自的第一加权参数子矩阵进行矩阵聚合，得到所述第一任务系数矩阵，并将所述待执行任务下所有待执行子任务各自的第二加权参数子矩阵进行矩阵聚合，得到所述第二任务系数矩阵。
[0030]在可选的实施方式中，所述任务驱动参数包括所述并联机器人在广义坐标位置处的广义加速度以及机器人所受外力大小，所述任务执行损失函数采用如下式子表达为：
[0031]其中
[0032]其中，A用于表示所述待执行任务的第一任务系数矩阵，b用于表示所述待执行任务的第二任务系数矩阵，表示所述并联机器人在广义坐标位置处的广义加速度，f
ext
用于表示所述机器人所受外力大小，||
·
||2用于表示向量二范数，wx用于表示所述待执行任务的执行权重矩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人运动控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据并联机器人当前的实时状态信息以及待执行任务所对应的期望运动轨迹信息，确定所述并联机器人执行所述待执行任务时的任务执行系数矩阵及与任务驱动参数相关的动力学约束条件；根据所述期望运动轨迹信息以及所述实时状态信息，基于所述并联机器人的并联机构传递性能优质空间在广义关节空间下的超平面约束条件，构建与任务驱动参数相关的涉及并联机构运动松弛状况的参数分布约束条件，其中所述并联机器人的并联机构在所述并联机构传递性能优质空间内每个工作空间位置处的运动/力传递性能处于预设性能指标范围内；采用所述任务执行系数矩阵对预存的涉及并联机构运动松弛状况的任务执行损失函数进行求解，得到满足所述动力学约束条件以及所述参数分布约束条件的目标驱动参数；按照所述目标驱动参数控制所述并联机器人各关节端执行器运行，以执行待执行任务。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取所述并联机器人的所有并联机构各自的离散化末端可达工作空间的离散点位置信息；针对每个并联机构，从该并联机构的离散化末端可达工作空间的离散点位置信息中筛选对应运动/力传递性能处于预设性能指标范围内的目标离散点的位置信息，并基于筛选出的目标离散点的位置信息构建该并联机构所对应的传递性能局部优质空间；针对每个并联机构的传递性能局部优质空间，构建该传递性能局部优质空间的近似内切多面体的局部超平面约束方程；将所述并联机器人的所有并联机构各自的局部超平面约束方程进行求并集合，得到所述并联机构传递性能优质空间的全局超平面约束方程；将所述全局超平面约束方程在广义关节空间下进行参数换算，得到所述超平面约束条件。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述全局超平面约束方程采用如下式子表达为：Ep≤F,其中p∈R
m
,所述超平面约束条件采用如下式子表达为：其中所述参数分布约束条件采用如下式子表达为：其中其中，p用于表示所述并联机器人的工作空间位置，m用于表示所述并联机构传递性能优质空间的空间维度数目，n
h
用于表示所述并联机构传递性能优质空间的超平面数目，E用于表示所述并联机构传递性能优质空间的第一约束系数矩阵，F用于表示所述并联机构传递性能优质空间的第一约束系数向量，用于表示所述并联机器人在广义关节空间下对应广义坐标位置处的广义加速度，n用于表示所述广义关节空间的空间维度数目，ε用于表示
所述并联机器人的并联机构在运动时的松弛变量，V与W分别用于表示所述并联机构传递性能优质空间的第二约束系数矩阵及第二约束系数向量；在此过程中，V与W采用如下式子计算得到：其中，V
(i,j)
用于表示第二约束系数矩阵的第i行第j列的元素，Δt用于表示预设时间间隔，E
(i,k)
用于表示第一约束系数矩阵的第i行第k列的元素，J
(k,j)
用于表示所述期望运动轨迹信息中的末端雅可比矩阵的第k行第j列的元素，W
i
用于表示第二约束系数向量的第i个元素，F
i
用于表示第一约束系数向量的第i个元素，用于表示所述实时状态信息所包括的所述并联机器人在当前时刻的工作空间位置的第k个元素，J
(k,:)
用于表示所述期望运动轨迹信息中的末端雅可比矩阵的第k行的全部元素，用于表示所述实时状态信息所包括的所述并联机器人在当前时刻的广义坐标位置处的广义速度，为所述末端雅可比矩阵J的一阶导数。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述待执行任务包括至少一个待执行子任务，所述任务执行系数矩阵包括第一任务系数矩阵及第二任务系数矩阵，所述根据并联机器人当前的实时状态信息以及待执行任务所对应的期望运动轨迹信息，确定所述并联机器人执行所述待执行任务时的任务执行系数矩阵的步骤，包括：针对每个待执行子任务，从所述期望运动轨迹信息中获取与该待执行子任务对应的末端雅可比矩阵，并基于获取到的所述末端雅可比矩阵构建该待执行子任务的第一执行系数子矩阵；从所述实时状态信息中获取所述并联机器人的广义速度，从所述期望运动轨迹信息中获取与该待执行子任务对应的期望末端加速度，并根据所述广义速度、所述末端雅可比矩阵以及所述期望末端加速度构建该待执行子任务的第二执行系数子矩阵；根据该待执行子任务的执行权重对该待执行子任务的第一执行系数子矩阵及第二执行系数子矩阵分别进行加权运算，得到该待执行子任务的第一加权参数子矩阵及第二加权参数子矩阵；将所述待执行任务下所有待执行子任务各自的第一加权参数子矩阵进行矩阵聚合，得到所述第一任务系数矩阵，并将所述待执行任务下所有待执行子任务各自的第二加权参数子矩阵进行矩阵聚合，得到所述第二任务系数矩阵。5.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家俊，韩刚，熊友军，
申请(专利权)人：深圳市优必选科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：