1.一种基于终态吸引优化指标的冗余机械臂轨迹规划方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)确定冗余机械臂末端执行器期望目标轨迹r*(t)和期望回拢的关节角度θ*(0);
2)设计终态吸引优化指标,形成机械臂重复运动规划方案,其中冗余机械臂实际运动时的初始关节角可以任意指定,不要求末端执行器处于期望轨迹上;给定冗余机械臂实际运动时的初始关节角度θ(0),以θ(0)为运动起始点,形成的重复运动规划方案描述为具终态吸引优化指标的二次规划:其中,θ、分别表示冗余机械臂的关节角度和角速度,θ*(0)是各个关节角度的期望初始值,q、p是影响收敛速率的设计参数,二者为满足q<p的正奇数;θ(t)-θ*(0)表示各个关节角与初始期望关节角位移偏差,r*表示机械臂末端执行器期望的运动轨迹,表示末端执行器期望的速度向量;
由于机械臂的初始位置不在期望的轨迹上,通过减小末端执行器期望路径与实际运动轨迹位置间的误差(r*-f(θ)),改变末端执行器的运动方向,βr>0表示位置的参数增益,用来调节末端执行器运动到期望路径的速率;βθ>0是一设计参数,用来形成关节位移的动态性能;J(θ)是冗余机械臂雅可比矩阵,f(θ)是冗余机械臂实际运动轨迹;
3)构建有限值激活函数的终态神经网络模型,其动态特性由下述方程描述其中,E为误差变量,βE>0为一设计参数,q、p是影响收敛速率的设计参数,满足q<p,且均为正奇数,φ(·):Rn×n→Rn×n为严格单调递增的激活函数,满足φ(-·)=-φ(·);
为求解步骤2)中的二次规划,建立拉格朗日函数
式中,λ为拉
T
格朗日乘子向量,λ是λ向量的转置;通过拉格朗日函数对各个变量求导,并令其为零,可得下述时变矩阵方程WY=v (3)
其中,
I为单位矩阵
记E=WY-v,以式(2)所描述的有限值终态神经网络求解时变矩阵方程(3),其中,取φ(Eq/p(t))=(1-exp(-ξEq/p(t)))/(1+exp(-ξEq/p(t)))ξ是系数且ξ>2,将求解得到的结果用于控制各关节电机。