【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械臂运动规划及控制，尤其是涉及一种冗余机械臂运动控制方法、计算机设备和存储介质。
技术介绍
1、随着科技的不断进步，工业机器人在各行业中的需求急剧增加。冗余机械臂是指其关节自由度超过执行特定任务所需的自由度。这类机械臂作为工业自动化的重要组成部分，具备高精度、高效率和灵活性等显著优势，因而在制造、电子及医疗等多个领域得到了广泛应用。在工业制造领域，冗余机械臂的应用显著提升了生产效率，并有效降低了生产成本。在自动化生产线上，机械臂能够执行焊接、装配、喷漆及物料搬运等重复性工作，极大地减轻了工人的劳动强度。在电子行业，冗余机械臂通过实现精确定位，确保了零部件的准确装配，从而提升了产品质量。在医疗领域，冗余机械臂凭借其高精度操作能力，使得医生能够在远程或微创环境下开展高难度的手术。此外，冗余机械臂在其他领域亦展现出广阔的应用潜力，这种广泛应用对冗余机械臂的运动控制技术提出了更高的要求。
2、目前，冗余机械臂的运动控制主要依赖于模型驱动的方法，如mpc（modelpredictive control，模型预测控制）、逆运动学控制以及自适应控制等技术。这些控制算法基于已知的机械臂模型来实现有效的运动控制。针对多输入多输出系统的挑战，mpc算法与自适应模糊控制相结合的策略的提出有效解决了机械臂与移动平台之间的组合控制问题。螺旋理论的引入也为机械臂控制提供了新的视角，基于该理论提出的针对带偏置关节的六自由度机械臂的逆运动学方法经过验证显示出高效性。尽管上述方法在仿真或物理实验中均显示出良好的运动控制精度，但它们对机
3、本专利技术正是在此背景下提出，旨在通过数据驱动的方法，在冗余机械臂缺乏精确数学模型的情况下，动态估计雅可比矩阵的广义逆，从而实现自适应、高效的运动控制。为简化计算复杂度，本专利技术直接引入了雅可比矩阵的广义逆运算，结合离散化处理，提升了计算效率和控制精度，为冗余机械臂的控制提供了新的解决方案。
技术实现思路
1、本专利技术申请旨在通过数据驱动的方法，在冗余机械臂缺乏精确数学模型的情况下，动态估计雅可比矩阵的广义逆，从而实现对冗余机械臂自适应、高效的运动控制。本专利技术提出了一种冗余机械臂运动控制方法，该方法包括如下步骤：
2、s1、预设冗余机械臂的初始参数以及末端执行器的期望运动轨迹，构建末端执行器的运动轨迹跟踪模型并求导，得到末端执行器在速度层上的轨迹跟踪模型，其中，速度层上的轨迹跟踪模型中包括冗余机械臂的雅可比矩阵；
3、s2、引入冗余机械臂雅可比矩阵的广义逆对末端执行器在速度层上的轨迹跟踪模型进行改写，得到冗余机械臂的关节角速度表达式；
4、s3、设置位置误差，根据位置误差和冗余机械臂的关节角速度表达式设置冗余机械臂的关节角速度模型；
5、s4、对冗余机械臂的关节角速度表达式进行离散化处理，根据离散化处理后的关节角速度表达式对冗余机械臂雅可比矩阵的广义逆进行估计，将估计得到的冗余机械臂雅可比矩阵的广义逆以及冗余机械臂的关节角速度模型作为冗余机械臂的运动控制模型；
6、s5、通过传感器获取末端执行器在跟踪期望运动轨迹过程中冗余机械臂的关节角度信息以及末端执行器的位置信息，将冗余机械臂的关节角度信息、末端执行器的位置信息以及期望位置信息输入冗余机械臂的运动控制模型处理，得到冗余机械臂的关节角速度；
7、s6、下位机控制器接收并根据冗余机械臂的关节角速度驱动冗余机械臂运动，使冗余机械臂完成对预设的期望运动轨迹的跟踪。
8、优选地，s1中末端执行器在速度层上的轨迹跟踪模型具体表示为：
9、；
10、其中，；
11、；
12、式中，表示冗余机械臂的雅可比矩阵，为冗余机械臂的关节角度，为冗余机械臂的实时关节角速度，为末端执行器的实时实际速度，为末端执行器的实时期望速度，为映射函数。
13、优选地，s2中冗余机械臂的关节角速度表达式具体表示为：
14、；
15、式中，为冗余机械臂的实时关节角速度，为冗余机械臂雅可比矩阵的广义逆，为末端执行器的实时实际速度。
16、优选地，s3具体包括：
17、s31、根据末端执行器的实时位置和期望位置计算末端执行器的位置误差；
18、s32、基于神经动力学理论，根据末端执行器的位置误差设计末端执行器的速度误差；
19、s33、根据冗余机械臂的关节角速度表达式、位置误差以及速度误差设置冗余机械臂的关节角速度模型。
20、优选地，s32中末端执行器的速度误差具体表示为：
21、；
22、其中，为末端执行器的速度误差，为神经动力学设计参数，为激活函数，为末端执行器的位置误差。
23、优选地，s33中冗余机械臂的关节角速度模型具体表示为：
24、；
25、式中，为冗余机械臂的实时关节角速度，为冗余机械臂的实时关节角度，为冗余机械臂雅可比矩阵的广义逆，为末端执行器的实时期望速度，表示激活函数，为末端执行器的实时实际位置，为末端执行器的实时期望位置。
26、优选地，s4中对冗余机械臂的关节角速度表达式进行离散化处理，根据离散化处理后的关节角速度表达式对冗余机械臂雅可比矩阵的广义逆进行估计，估计得到的冗余机械臂雅可比矩阵的广义逆具体表示为：
27、；
28、其中，，，
29、；
30、式中，和分别表示当前时刻和上一时刻冗余机械臂雅可比矩阵的广义逆的估计值，和分别表示当前时刻和上一时刻末端执行器的实际位置，表示当前时刻和上一时刻末端执行器的实际位置的差值，和分别表示当前时刻和上一时刻冗余机械臂的关节角度，表示当前时刻和上一时刻冗余机械臂的关节角度的差值。
31、优选地，s1中末端执行器的期望运动轨迹具体为三维闭合图形。
32、本专利技术还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种冗余机械臂运动控制方法的步骤。
33、本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述一种冗余机械臂运动控制方法的步骤。
34、上述一种冗余机械臂运动控制方法、计算机设备和存储介质，其中运动控制方法引入了雅可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
2.如权利要求1所述的冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，S1中末端执行器在速度层上的轨迹跟踪模型具体表示为：
3.如权利要求2所述的冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，S2中冗余机械臂的关节角速度表达式具体表示为：
4.如权利要求3所述的冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，S3具体包括：
5.如权利要求4所述的冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，S32中末端执行器的速度误差具体表示为：
6.如权利要求5所述的冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，S33中冗余机械臂的关节角速度模型具体表示为：
7.如权利要求6所述的冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，S4中对冗余机械臂的关节角速度表达式进行离散化处理，根据离散化处理后的关节角速度表达式对冗余机械臂雅可比矩阵的广义逆进行估计，估计得到的冗余机械臂雅可比矩阵的广义逆具体表示为：
8.如权利要求7所述的冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，S1中末端执行器的期望运动轨迹具体为三维闭合图形。p>
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述一种冗余机械臂运动控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述一种冗余机械臂运动控制方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
2.如权利要求1所述的冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，s1中末端执行器在速度层上的轨迹跟踪模型具体表示为：
3.如权利要求2所述的冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，s2中冗余机械臂的关节角速度表达式具体表示为：
4.如权利要求3所述的冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，s3具体包括：
5.如权利要求4所述的冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，s32中末端执行器的速度误差具体表示为：
6.如权利要求5所述的冗余机械臂运动控制方法，其特征在于，s33中冗余机械臂的关节角速度模型具体表示为：
7.如权利要求6所述的冗余机械臂运动控制方法，其...
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