(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210796048.2 (22)申请日 2022.07.06 (71)申请人 海南大学 地址 570100 海南省海口市人民大道58号 (72)发明人 郭东生　张卫东　柏林　张彦群　 朱晓光　潘阳　王涛　 (74)专利代理 机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 312 25 专利代理师 杨宏泰 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 18/00(2006.01) (54)发明名称 一种具有抗噪特性的轮式移动机械臂重复 运动规划方法 (57)摘要 本发明涉及一种具有抗噪特性的轮式移动 机械臂重复运动规划方法， 包括以下步骤： 步骤 1： 根据负梯度下降公式推导在速度层上描述的 性能指标； 步骤2： 基于误差反馈设计具有抗噪特 性的新型运动学方程； 步骤3： 结合性能指标和运 动学方程 建立速度层重复运动规划方案； 步骤4： 将速度层重复运动规划方案转化为二次优化问 题； 步骤5： 采用递归神经网络求解二次优化问 题； 步骤6： 轮式移动机械臂的控制器根据求解结 果实时驱动移动平台的双轮和机械臂的关节完 成给定的轨迹规划任务， 并在任务完成后控制移 动平台和机械臂同时回到初始 状态。 与现有技术 相比， 本发 明具有使 得轮式移动机械臂在存在噪 声干扰的情况下仍能有效地实现重复运动规划 的目的等优点。 权利要求书3页 说明书6页 附图1页 CN 115107027 A 2022.09.27 CN 115107027 A 1.一种具有抗噪特性的轮式移动机械臂重复运动规划方法， 其特征在于， 该方法包括 以下步骤： 步骤1： 根据负梯度下降公式推导轮式移动机 械臂在速度层上描述的性能指标； 步骤2： 基于误差反馈设计具有抗噪特性的新型运动学 方程； 步骤3： 结合 性能指标和新型运动学 方程建立速度层重复运动规划方案； 步骤4： 将速度层重复运动规划方案转 化为二次优化问题； 步骤5： 采用递归神经网络求 解二次优化问题； 步骤6： 轮 式移动机械臂的控制器根据求结果实时完成轨迹规划任务， 并在任务完成后 复位。 2.根据权利要求1所述的一种具有抗噪特性的轮式移动机械臂重复运动规划方法， 其 特征在于， 所述的步骤1中， 推导轮式移动机械臂在速度层上描述的性能指标的过程具体 为： 基于轮式移动机械臂当前状态与初始状态之间偏差的最小化思想， 根据负梯度 下降公 式推导在速度层上描述的性能指标， 所述的轮式移动机械臂包括双轮驱动的移动平台和安 装固定在移动平台上且具有n自由度的机 械臂， 所述的性能指标的表达式为： 其中， Ψ为性能指标， || ·||2表示向量的二范数， 表示轮 式移动机械臂的增广位置向量， n为自由度个数， px∈R和py∈R分别表示移动平台在水平地 面上沿着X轴和Y轴方向的位置， 即机械臂的底座安装固定在移动平台上的位置， φ∈R表 示 移动平台的朝向角， θ∈Rn表示机械臂的关节角度， 表示轮式移 动机械臂的增广速度向量， 和 分别表示px、 py和φ的时间导数， 表示机械 臂的关节速度， v＝[px‑px0； py‑py0； cos(φ)(sin(φ) ‑sin(φ0))； θ‑θ0],v∈R3+n为偏差向量， px0∈R、 py0∈R和φ0∈R分别表示移动平台在X轴的初始位置、 Y轴方向的初始位置以及初始 朝向角， θ0∈Rn表示机械臂关节角度的初始值， px0、 py0、 φ0和θ0组成联合向量 表示轮式移动机械臂的初始状态， 即轮式移动机械臂执 行轨迹规划任务时的起始状态， λ＞0∈R为设计参数， 用以调节性能指标， 使得轮式移动机 械臂实现重复运动规划的目标。 3.根据权利要求2所述的一种具有抗噪特性的轮式移动机械臂重复运动规划方法， 其 特征在于， 所述的步骤2中， 设计具有抗噪特性的新型运动学 方程的过程具体为： 根据轮式移动机械臂的速度层运动学方程， 引入末端执行器规划误差及其积分信 息的 反馈， 获取 具有抗噪特性的新型运动学 方程， 具有抗噪特性的新型运动学 方程的表达式为： 其中， J∈Rm×(3+n)表示轮式移动机械臂的雅克比矩阵， f( ·):R3+n→Rm表示非线 性映射函 数， r∈Rm表示机械臂末端执行器在m维空间中的位置向量， 表示r的时间导数， α ＞0 ∈R和β＞0∈R均表示反馈系数， 且两者的关系满足α2＞β， t＞0∈R表示时间，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115107027 A 2表示机械臂末端执行器的规划误差， τ∈R表示积分变量， δ∈Rm 表示轮式移动机 械臂在运动规划过程中可能存在的噪声向量。 4.根据权利要求3所述的一种具有抗噪特性的轮式移动机械臂重复运动规划方法， 其 特征在于， 所述的步骤3中， 所述的速度层重复运动规划方案具体为： 最小化性能指标 受到新型运动学方程、 移动平台双驱动轮的旋转角度极限和旋转角速度极限、 机械臂 关节的角度极限和速度极限的约束， 新型运动学方程对应于轮式移动机械臂在速度层上的 轨迹规划任务； 所述的新型运动学方程、 移动平台双驱动轮的旋转角度极限和旋转角速度极限、 机械 臂关节的角度极限和速度极限的表达式分别为： ω‑≤ω≤ω+ θ‑≤θ ≤θ+ 其中， ω∈R2和 分别表示移动平台两个驱动轮的旋转角度和旋转角速度， ω±、 θ±和 分别表示驱动轮旋转角 度ω、 驱动轮旋转角速度 机械臂关节角 度θ和机械 臂关节速度 的上下极限。 5.根据权利要求4所述的一种具有抗噪特性的轮式移动机械臂重复运动规划方法， 其 特征在于， 所述的步骤4中， 将速度层重复运动规划方案转 化的二次优化问题具体为： 最小化xTQx/2+pTx； 受约束于两个约束条件， 分别为第一约束条件和第二约束条件， 第一约束条件和第二 约束条件的表达式分别为： Ax＝b ξ‑≤x≤ ξ+ 其中， 表示二次优化问题的决策变量， u＝[ω； θ] ,u∈R2+ n和 分别为轮式移动机械臂的联合角度向量和联合速度向量， Q＝WTW,Q∈R (2+n)×(2+n)表示系数矩阵， T表示转置， W＝[M,0； 0,I],W∈R(3+n)×(2+n)表示增广矩阵， M＝[γcos (φ)/2,γcos(φ)/2； γsin(φ)/2,γsin(φ)/2； ‑γ/d,γ/d],M∈R3×2表示由移动平台自 身结构参数所 组成的矩阵， γ＞0∈R表示移动平台驱动轮的半径， d＞0∈R表 示移动平台两 个驱动轮中心点的距离， I∈Rn×n表示单位矩阵， p＝λWTv∈R2+n表示系数向量， A＝JW∈Rm ×(2+n)和 均为约束参数， 表示 决策变量x的上极限， 表示决策变量x的下极限， η＞0∈R表示处 理极限的转换参数， u±＝[ω±； θ±]和 分别表示联合角度向量u和联合速度向权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115107027 A 3