一种柔性冗余机械臂能量最优的轨迹规划方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性冗余机械臂能量最优的轨迹规划方法，其中包括：基于假设模态法和拉格朗日方法建立所述柔性冗余机械臂的动力学模型；采用五次多项式对机械臂末端轨迹进行规划；通过逆运动学得出各关节角加速度并结合动力学方程，得到机械臂的驱动力矩和振动方程；通过对机械臂振动特性分析，采用减小激振力减小阻尼的方法，求解得到满足抑振条件的自由向量；以建立非线性约束规划机械臂振动能量为目标的模型，并结合机械臂关节角度、关节力矩，利用柔性冗余机械臂冗余特性的二次优化能力，构建能量消耗最优的目标函数，采用最小二乘法优化，从而实现抑振和节能的效果。从而实现抑振和节能的效果。从而实现抑振和节能的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性冗余机械臂能量最优的轨迹规划方法


[0001]本专利技术公开工程机械领域，具体的公开了一种柔性冗余机械臂能量最优的轨迹规划方法。

技术介绍

[0002]柔性机械臂具有质量轻、功耗小、负载比高、 精度高及构件设计紧凑等许多优点，可以解决刚性机械臂存在的笨重，不易在狭小工作空间内工作的缺陷。然而柔性机械臂所包含的柔性元件由于刚度较低，因而在运动过程中，其末端往往由于柔性变形振动而不能准确跟踪预定轨迹。不仅降低了机械臂操作精度，还会导致运行不稳地甚至损坏机械臂。
[0003]一般情况下，柔性冗余机械臂拥有在其不产生末端位姿变化的自运动，通过对柔性冗余机械臂连杆之间的自运动的规划，能够达到加快振动能量的消耗进而实现主动抑振。此外，基于柔性冗余机械臂所具有的二次优化能力，以能量为优化目标不仅能够规划出一条光滑的轨迹、提高轨迹跟踪的精度，同时还能减少机械臂执行器和操作臂上的应力，从而实现能量最优，在能源紧张或者有限的情况下节省能量。

技术实现思路

[0004]针对背景中所提出的问题，本专利技术的目的在于提供一种柔性冗余机械臂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性冗余机械臂能量最优的轨迹规划方法，其特征在于包括以下步骤：S1: 基于假设模态法和拉格朗日方法，建立所述柔性冗余机械臂的动力学模型；S2: 采用五次多项式对机械臂末端轨迹进行规划；S3: 通过逆运动学得出各关节角加速度并结合动力学方程，得到机械臂的驱动力矩和振动方程；S4:通过对自由向量的选取，在模态空间中给机械臂系统构造并主动地施加满足抑振条件的模态控制力，从而减小激振力，增大系统阻尼，最终使得机械臂的振动快速衰减；S5: 建立以机械臂能耗为优化目标的非线性约束规划模型，并结合机械臂关节角度、关节驱动力矩，利用柔性冗余机械臂的二次优化能力，构建能量消耗的目标函数。2.如权利要求1所述的一种柔性冗余机械臂能量最优的轨迹规划方法，其特征在于所述S1中，建立柔性冗余机械臂的动力学方程:，其中，是机械臂系统的惯性项；为柯式力和向心力项；为重力项；表示广义驱动力项；、、分别描述臂杆柔性变形的广义坐标矢量、广义速度矢量、广义加速度矢量。3.根据权利要求1所述的柔性冗余机械臂振动抑制的轨迹规划方法，其特征在于步骤S2中，采用五次多项式轨迹函数生成机械臂末端轨迹，其函数形式如下：。4.根据权利要求1所述的一种柔性冗余机械臂能量最优的轨迹规划方法，其特征在于步骤S3中，柔性冗余机械臂各关节的广义角加速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，王志超，丁孺琦，曾礼平，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：