用于空間機械臂連續軌跡跟蹤的方法技術

本發明專利技術公開了一種用于空間機械臂連續軌跡跟蹤的方法。包括以下步驟：首先，用逆廣義雅克比法控制機械臂末端器跟蹤一條已知的軌跡。但是由于該方法結果的精確度與數值積分步長成反比，所以需要更大的計算量來得到更精確的解。為固定步長提高計算精度，本發明專利技術將Milne-Hamming線性多步預測校正方法與所述方法相結合。然后，利用龍格-庫塔法計算Milne-Hamming算法步驟五之前的前四個值。應用該連續軌跡跟蹤方法可更精確地完成空間機械臂任務空間內連續軌跡的跟蹤。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于空間機械臂的路徑規劃領域，尤其涉及一種。
技術介紹
空間機械臂的路徑規劃可分為點到點規劃和連續軌跡規劃。對于連續路徑規劃問題，目前的研究主要集中在地面機器人的連續路徑規劃問題及直線連續路徑跟蹤的研究。在空間任務中，空間機械臂的連續軌跡規劃是非常重要的理論和實際問題。問題轉化為一個基于速度級運動學方程和角動量守恒方程的耦合微分方程組的求解，提出了末端器跟蹤的預測校正的方法，計算精度從一階提高到更高階。 針對空間機械臂的控制，由于太空環境中動量守恒，空間機械臂存在動力學冗余特性，空間機械臂末端器的位姿不僅和關節角有關還和機械臂運動的歷史有關。所以本專利技術使用廣義雅可比矩陣來描述空間機械臂的系統狀態。由于單純的計算逆廣義雅可比不可避免的會帶來奇異，導致奇異點附近的關節角速度無限大，所以本文通過計算廣義雅可比的阻尼最小方差逆(DLS)的方法來求解關節角，以對空間機械臂進行運動控制。由于采用DLS避歧義，空間機械臂末端器到達期望位姿產生的誤差會增大，本文加入SVD分解，只針對發生歧義的關節進行避歧義計算來降低誤差。然而該方法的精度較低，論文又引入數值分析方法中的線性多步預測校正方法來進一步減小誤差。 在任務空間內空間機械臂的連續軌跡跟蹤中，主要問題是求解逆廣義雅克比矩陣，基本的分解運動控制采用的是單步長方法，較常用的是龍格-庫塔方法，只利用了前一個點的關節信息來計算下一個點，即只用某時刻的關節角?α)來計算下一個時刻的關節角Θ(?+Δ?)。本文采用改進的Milne—Hamming線性多步預測校正方法來求解空間機械臂連續軌跡跟蹤問題，期望在大解算步長下得到更高的精度，從而使末端器跟蹤路徑更精確。其優點是通過較多地利用前面幾步的已知關節信息，來確定下一個點的關節信息，可以確定局部截斷誤差，并包含一個校正項以提高每一步的精確度，從而完成構造計算量小精度高的空間機械臂廣義雅可比矩陣更新算法。
技術實現思路
本專利技術的目的在于:通過較多地利用前面幾步的已知關節信息，來確定下一個點的關節信息以提高每一步精度；完成構造計算量小精度高的空間機械臂廣義雅克比矩陣算法，從而更精確地完成了空間機械臂任務空間內連續軌跡的跟蹤。 本專利技術的一種，其特征在于，步驟如下: 1)、用逆廣義雅克比法并求解運動學速度級逆解，控制末端器跟蹤一條已知的軌跡； 2)、將Milne-Hamming線性多步預測校正方法與所述方法相結合； 3)、運動龍格-庫塔方法求解Milne-Hamming線性多步預測校正方法所需的前四個初值； 4)、將所述方法得到的機械臂各關節角帶入空間機械臂運動學方程得到校正后的連續路徑。 根據以上所述的，優選，空間機械臂在運動規劃過程中存在因動力學奇異而導致的關節速度無限大或無法計算的問題，因此在運用逆廣義雅克比矩陣求機械臂各關節角之前要先避奇異，本專利技術采用的是阻尼最小方差法(DLS)。由于采用DLS避奇異，空間機械臂末端器到達期望位姿產生的誤差會增大，本文加入SVD分解，只針對發生奇異的關節進行避奇異計算來降低誤差。SVD分解公式為: J-Lisvr 該等式的意義為:對于任意矩陣J可分解為#、S、VT三個矩陣的點乘。其中:?、V均為正交陣(均為ηΧη矩陣)，S為對角陣，對角線上的元素S1, S2,.....，S6是廣義雅克比矩陣的奇異值，且滿足S1≥S1≥…≥S6≥O本文檔來自技高網...

【技術保護點】
用于空間機械臂連續軌跡跟蹤的方法，其特征在于，步驟如下：1)、用逆廣義雅克比法并求解運動學速度級逆解，控制末端器跟蹤一條已知的軌跡；2)、將Milne?Hamming線性多步預測校正方法與所述方法相結合；3)、運動龍格?庫塔方法求解Milne?Hamming線性多步預測校正方法所需的前四個初值；4)、將所述方法得到的機械臂各關節角帶入空間機械臂運動學方程得到校正后的連續路徑。

【技術特征摘要】
1.用于空間機械臂連續軌跡跟蹤的方法，其特征在于，步驟如下: 1)、用逆廣義雅克比法并求解運動學速度級逆解，控制末端器跟蹤一條已知的軌跡； 2)、將Milne-Hamming線性多步預測校正方法與所述方法相結合； 3)、運動龍格-庫塔方法求解Milne-Hamming線性多步預測校正方法所需的前四個初值； 4)、將所述方法得到的機械臂各關節角帶入空間機械臂運動學方程得到校正后的連續路徑。2.如權利要求1中I)所述的用于空間機械臂連續軌跡跟蹤的方法，其特征在于，空間機械臂在運動規劃過程中存在因動力學奇異而導致的關節速度無限大或無法計算的問題，因此在運用逆廣義雅克比矩陣求機械臂各關節角之前要先避奇異，本發明采用的是阻尼最小方差法(DLS)。由于采用DLS避奇異，空間機械臂末端器到達期望位姿產生的誤差會增大，本文加入SVD分解，只針對發生奇異的關節進行避奇異計算來降低誤差。SVD分解公式為:J = USVt 該...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張強，劉雙，
申請(專利權)人：大連大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21