帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手分布式協(xié)同控制方法及系統(tǒng)技術方案

本公開涉及機械手控制技術領域，提出了一種帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手分布式協(xié)同控制方法及系統(tǒng)，首先通過一對一狀態(tài)映射得到等價的無約束系統(tǒng)，又采用分布式觀測器估計領導者系統(tǒng)的狀態(tài)，將多智能體系統(tǒng)協(xié)同一致性問題解耦成多個獨立智能體的跟蹤控制問題，構建增廣系統(tǒng)，以代價函數(shù)最小為目標，獲得最優(yōu)協(xié)同控制策略。本公開將系統(tǒng)控制問題轉(zhuǎn)化為無約束跟蹤問題，能夠在不違反狀態(tài)約束的同時使性能指標得到優(yōu)化。指標得到優(yōu)化。指標得到優(yōu)化。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手分布式協(xié)同控制方法及系統(tǒng)


[0001]本公開涉及機械手控制相關
，具體地說，是涉及一種帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手分布式協(xié)同控制方法及系統(tǒng)
。

技術介紹

[0002]本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的
技術介紹
信息，并不必然構成在先技術
。
[0003]機械手是機器人
中應用最廣泛的自動化機械裝置，更是智能制造生產(chǎn)過程中的核心裝備
。
由于單機械手無法滿足日益復雜的制造任務需求，可以執(zhí)行更加復雜的任務的多機械手系統(tǒng)在智能制造過程中扮演越來越重要的角色
。
同單機械手相比，多機械手系統(tǒng)更為復雜，并且協(xié)同控制理論的研究較為薄弱
。
因此，多單臂機械手系統(tǒng)的協(xié)同一致性控制是一個具有挑戰(zhàn)性的問題
。
[0004]最優(yōu)控制可以在保證被控系統(tǒng)穩(wěn)定的基礎上優(yōu)化系統(tǒng)性能
。
然而對于單臂機械手來說，這類復雜非線性系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題求解十分困難
。
此外，為了確保機械手運行安全，機械手的狀態(tài)變量需要滿足外部環(huán)境的受限要求
。
違反約束條件將導致系統(tǒng)性能下降，甚至破壞被控系統(tǒng)
。
專利技術人發(fā)現(xiàn)，目前的多單臂機械手協(xié)同一致性優(yōu)化控制困難，在不違反狀態(tài)約束的同時使性能指標得到優(yōu)化，是目前尚未解決的技術問題
。

技術實現(xiàn)思路

[0005]本公開為了解決上述問題，提出了一種帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手分布式協(xié)同控制方法及系統(tǒng)，將系統(tǒng)控制問題轉(zhuǎn)化為無約束跟蹤問題，能夠在不違反狀態(tài)約束的同時使性能指標得到優(yōu)化
。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本公開采用如下技術方案：
[0007]一個或多個實施例提供了帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手分布式協(xié)同控制方法，包括如下步驟：
[0008]對多單臂機械手動態(tài)特性進行建模，利用一對一狀態(tài)映射處理時變不對稱狀態(tài)約束問題，得到等價的無約束系統(tǒng)；
[0009]基于確定的無約束系統(tǒng)，根據(jù)獲取的各單臂機械手之間的通信拓撲結構，設計分布式觀測器，估計多單臂機械手系統(tǒng)中領導者的狀態(tài)，為每個跟隨者建立簡化的無約束跟蹤控制任務；
[0010]針對每個無約束跟蹤控制任務，采用單評價網(wǎng)絡自適應動態(tài)算法近似求解出最優(yōu)控制策略，根據(jù)最優(yōu)控制策略對各單臂機械手進行協(xié)同控制
。
[0011]一個或多個實施例提供了帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手分布式協(xié)同控制系統(tǒng)，包括：
[0012]映射轉(zhuǎn)換模塊：被配置為對多單臂機械手動態(tài)特性進行建模，利用一對一狀態(tài)映射處理時變不對稱狀態(tài)約束問題，得到等價的無約束系統(tǒng)；
[0013]無約束跟蹤控制任務建立模塊：被配置為基于確定的無約束系統(tǒng)，根據(jù)獲取的各單臂機械手之間的通信拓撲結構，設計分布式觀測器，估計多單臂機械手系統(tǒng)中領導者的狀態(tài)，為每個跟隨者建立簡化的無約束跟蹤控制任務；
[0014]求解模塊：被配置為用于針對每個無約束跟蹤控制任務，采用單評價網(wǎng)絡自適應動態(tài)算法近似求解出最優(yōu)控制策略，根據(jù)最優(yōu)控制策略對各單臂機械手進行協(xié)同控制
。
[0015]一種電子設備，包括存儲器和處理器以及存儲在存儲器上并在處理器上運行的計算機指令，所述計算機指令被處理器運行時，完成上述方法所述的步驟
。
[0016]一種計算機可讀存儲介質(zhì)，用于存儲計算機指令，所述計算機指令被處理器執(zhí)行時，完成上述方法所述的步驟
。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本公開的有益效果為：
[0018]本公開中，通過非線性映射函數(shù)的系統(tǒng)變換和分布式觀測器的協(xié)同設計，將狀態(tài)約束下的協(xié)同控制問題轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)的無約束跟蹤問題
。
此外，所考慮的輸出約束是不對稱和時變的，滿足更一般的約束范圍
。
與現(xiàn)有的基于執(zhí)行與評價的自適應動態(tài)規(guī)劃算法不同，本實施例只需要一個評價網(wǎng)絡，消除了執(zhí)行網(wǎng)絡的逼近誤差，算法實現(xiàn)結構更簡單
。
[0019]本公開的優(yōu)點以及附加方面的優(yōu)點將在下面的具體實施例中進行詳細說明
。
附圖說明
[0020]構成本公開的一部分的說明書附圖用來提供對本公開的進一步理解，本公開的示意性實施例及其說明用于解釋本公開，并不構成對本公開的限定
。
[0021]圖1為本公開實施例1的仿真示例單臂機械手集群的通訊拓撲圖；
[0022]圖
2(a)
為本公開實施例1的仿真示例各單臂機械手的第一狀態(tài)變化軌跡圖；
[0023]圖
2(b)
為本公開實施例1的仿真示例各單臂機械手的第二狀態(tài)變化軌跡圖；
[0024]圖
3(a)
為本公開實施例1的圖1中單臂機械手1的控制輸入軌跡圖；
[0025]圖
3(b)
為本公開實施例1的圖1中單臂機械手2的控制輸入軌跡圖；
[0026]圖
3(c)
為本公開實施例1的圖1中單臂機械手3的控制輸入軌跡圖；
[0027]圖
3(d)
為本公開實施例1的圖1中單臂機械手4的控制輸入軌跡圖；
[0028]圖4為本公開實施例1的分布式協(xié)同控制方法流程圖
。
具體實施方式
[0029]下面結合附圖與實施例對本公開作進一步說明
。
[0030]應該指出，以下詳細說明都是示例性的，旨在對本公開提供進一步的說明
。
除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本公開所屬
的普通技術人員通常理解的相同含義
。
[0031]需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本公開的示例性實施方式
。
如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和
/
或“包括”時，其指明存在特征
、
步驟
、
操作
、
器件
、
組件和
/
或它們的組合
。
需要說明的是，在不沖突的情況下，本公開中的各個實施例及實施例中的特征可以相互組合
。
下面將結合附圖對實施例進行詳細描述
。
[0032]本公開針對帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手系統(tǒng)，提出了分布式協(xié)同一致優(yōu)化控制方法，首先通過一對一狀態(tài)映射得到等價的無約束系統(tǒng)，又采用分布式觀測器估計領導者系統(tǒng)的狀態(tài)，將多智能體系統(tǒng)協(xié)同一致性問題解耦成多個獨立智能體的跟蹤控制問題，構建增廣系統(tǒng)，以代價函數(shù)最小為目標，獲得最優(yōu)協(xié)同控制策略
。
下面以具體的實施例進行說明
。
[0033]實施例1[0034]在一個或多個實施方式公開的技術方案中，如圖1至圖4所示，一種帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手分布式協(xié)同控制方法，包括如下步驟：<本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手分布式協(xié)同控制方法，其特征在于，包括如下步驟：對多單臂機械手動態(tài)特性進行建模，利用一對一狀態(tài)映射處理時變不對稱狀態(tài)約束問題，得到等價的無約束系統(tǒng)；基于確定的無約束系統(tǒng)，根據(jù)獲取的各單臂機械手之間的通信拓撲結構，設計分布式觀測器，估計多單臂機械手系統(tǒng)中領導者的狀態(tài)，為每個跟隨者建立簡化的無約束跟蹤控制任務；針對每個無約束跟蹤控制任務，采用單評價網(wǎng)絡自適應動態(tài)算法近似求解出最優(yōu)控制策略，根據(jù)最優(yōu)控制策略對各單臂機械手進行協(xié)同控制
。2.
如權利要求1所述的帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手分布式協(xié)同控制方法，其特征在于，等價的無約束系統(tǒng)的構建，包括如下步驟：建立多單臂機械手運動學方程，并根據(jù)單臂機械手的物理特性，將運動學方程轉(zhuǎn)化為對應的帶有狀態(tài)受限的狀態(tài)空間方程；建立一對一狀態(tài)映射關系，結合狀態(tài)受限信息，將受限狀態(tài)變量一對一映射成新的變量，得到等價的無約束狀態(tài)空間方程
。3.
如權利要求2所述的帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手分布式協(xié)同控制方法，其特征在于：針對單臂機械手的位置在狀態(tài)空間方程里的表達與引入的映射后的變量，建立一對一狀態(tài)映射關系；根據(jù)一對一映射關系，將受限狀態(tài)變量轉(zhuǎn)換新的變量；根據(jù)轉(zhuǎn)換后的受限狀態(tài)變量以及映射關系，將多單臂機械手帶有狀態(tài)受限的狀態(tài)空間方程，轉(zhuǎn)化成等價的無約束狀態(tài)空間方程
。4.
如權利要求1所述的帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手分布式協(xié)同控制方法，其特征在于：確定各單臂機械手之間的通信拓撲結構，并利用有向圖描述各單臂機械手的通信連接關系
。5.
如權利要求4所述的帶有狀態(tài)受限的多單臂機械手分布式協(xié)同控制方法，其特征在于：有向圖中，以每個單臂機械手作為一個節(jié)點，節(jié)點之間的連線作為邊，以單臂機械手之間的通信關系為邊的權重；通過拉普拉斯矩陣表示多單臂機械手中領導者和跟隨者的關系，作為領導者和跟隨者的邊的權重；其中，能夠建立通信連接節(jié)點，對應的邊權重設置為...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：周琪，郭子杰，任鴻儒，林國懷，胡濤，于勝，
申請(專利權)人：廣東工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：