技术特征：
1.一种关节受限冗余并联机械臂的运动规划和控制方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一、规划关节受限冗余并联机械臂末端执行器的预期运动轨迹，即并联机械臂末端执行器的理想速度的设定；步骤二、根据具体的并联机械臂建立其相应的约束优化控制方案，设计性能指标为等式约束为和以及双端约束为q-≤q≤q
+
和其中表示末端执行器的速度，w1和w2表示加权矩阵，q和分别代表驱动关节长度和长度变化率，q-和q
+
分别代表驱动关节长度的上下限，和分别代表驱动关节长度变化率的上下限，j表示雅可比矩阵，k为一定常矩阵；通过等价转化方法可以将驱动关节长度及其长度变化率所受到的两个双端约束整理成一个不等式约束其中l＝[i,-i]
t
，再通过引入矩阵w＝w1+j
t
w2j∈r6×6以及n＝lj∈r
12
×6将约束优化控制方案，统一表征成具有一般形式的二次规划问题，其中性能指标为等式约束为不等式约束为步骤三、基于非线性互补问题ncp函数ψ(a,b)，其中ncp函数的具体表达式定义为基于kkt条件，将约束优化问题等价转化成非线性方程组g(t,x)＝0；步骤四、定义误差监测函数e(t):＝g(t,x)，所述误差监测函数是步骤三得到的非线性方程组，使用演化法则其中α为收敛参数，φ(
·
)表示激活函数阵列，推导得到一种全新的znn求解器，通过znn求解器求解得到约束优化问题的最优解，进而获得并联机械臂驱动关节的长度变化率步骤五、将步骤四的所得结果或其积分q发送给下位机，驱动并联机械臂运动。2.根据权利要求1所述关节受限冗余并联机械臂的运动规划和控制方法，其特征在于，所述并联机械臂由固定平台、移动平台、末端执行器和六个驱动关节q1～q6组成，该并联机械臂速度层运动学方程为其中j表示雅可比矩阵。3.根据权利要求2所述关节受限冗余并联机械臂的运动规划和控制方法，其特征在于，所述雅克比矩阵具体为：其中其中表示末端执行器相对于固定基座的旋转矩阵，表示末端执行器相对于固定基座的位置向量，b
i
和p
i
分别表示驱动关节与静平台和动平台的连接点。4.根据权利要求2所述关节受限冗余并联机械臂的运动规划和控制方法，其特征在于，所述并联机械臂速度层运动学方程中，设计优化性能指标并考虑驱动关节长度及其变化率的上下限约束，建立冗余并联机械臂的约束优化控制方案；经过等价整理，数学上可表征为具有一般形式的二次规划问题，其中性能指标为
等式约束为以及不等式约束为基于ncp函数和kkt条件，将二次规划问题等价转化成非线性方程组g(t,x)＝0。5.根据权利要求4所述关节受限冗余并联机械臂的运动规划和控制方法，其特征在于，所述ncp函数是处处可微的。6.根据权利要求1所述关节受限冗余并联机械臂的运动规划和控制方法，其特征在于，通过采用ncp函数并定义误差监测函数e(t):＝g(t,x)，基于演化法则可得到一种全新的znn求解器其中有：其中有：其中有：并有λ1＝diag{ν},λ3＝diag{min{0,ν}},均为对角矩阵。7.根据权利要求6所述关节受限冗余并联机械臂的运动规划和控制方法，其特征在于，所述znn求解器无需训练和迭代计算，可高精度求解得到二次规划问题的最优解，进而获得并联机械臂驱动关节的长度变化率可将其或其积分q发送给下位机，以驱动并联机械臂运动。8.关节受限冗余并联机械臂的运动规划和控制系统，其特征在于，应用于权利要求1-7中任一项所述的关节受限冗余并联机械臂的运动规划和控制方法，其特征在于，包括预期运动轨迹规划模块、运动学控制方案构建模块、等价转换模块、最优求解模块以及驱动模块；所述预期运动轨迹规划模块，用于规划关节受限冗余并联机械臂末端执行器的预期运动轨迹，即并联机械臂末端执行器的理想速度的设定；所述运动学控制方案构建模块，用于根据具体的并联机械臂建立其相应的约束优化控制方案，设计性能指标为等式约束为和以及双端约束为q-≤q≤q
+
和其中表示末端执行器的速度，w1和w2表示加权矩阵，q和分别代表驱动关节长度和长度变化率，q-和q
+
分别代表驱动关节长度的上下限，和分别代表驱动关节长度变化率的上下限，j表示雅可比矩阵，k为一定常矩阵；通过等价转化方法可以将驱动关节长度及其长度变化率所受到的两个双端约束整理成一个不等式约束其中l＝[i,-i]
t
，再通过引入矩阵w＝w1+j
t
w2j∈r6×6以及n＝lj∈r
12
×6将约束优化控制方案，
统一表征成具有一般形式的二次规划问题，其中性能指标为等式约束为不等式约束为所述等价转换模块，用于基于非线性互补问题ncp函数ψ(a,b)，其中ncp函数的具体表达式定义为基于kkt条件，将约束优化问题等价转化成非线性方程组g(t,x)＝0；所述最优求解模块，用于定义误差监测函数e(t):＝g(t,x)，所述误差监测函数是将得到的非线性方程组，使用演化法则其中α为收敛参数，φ(
·
)表示激活函数阵列，推导得到一种全新的znn求解器，通过znn求解器求解得到约束优化问题的最优解，进而获得并联机械臂驱动关节的长度变化率所述驱动模块，用于将所得结果或其积分q发送给下位机，驱动并联机械臂运动。9.一种计算机可读存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-7任一项所述的关节受限冗余并联机械臂的运动规划和控制方法。10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-7中任意一项所述的关节受限冗余并联机械臂的运动规划和控制方法。
技术总结
本发明公开了一种关节受限冗余并联机械臂的运动规划和控制方法、系统及机器人，包括如下步骤：步骤一，规划关节受限冗余并联机械臂末端执行器的预期运动轨迹；步骤二，根据具体的并联机械臂建立其相应的约束优化控制方案；步骤三，基于非线性互补问题NCP函数，将约束优化问题等价转化成非线性方程组；步骤四，针对步骤三的非线性方程组，构建误差监测函数并设计零化神经网络ZNN求解器，以此求得非线性方程组以及约束优化问题的最优解；步骤五，将步骤四所得结果发送给下位机，驱动并联机械臂运动。本发明相比其他方法而言，求解精度高、无需训练和迭代计算、并可实现关节极限躲避功能，保障并联机械臂的安全性及其末端执行器的高精度定位。高精度定位。高精度定位。
技术研发人员：黎卫兵 邹艳英 潘永平 黄凯
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：2022.05.13
技术公布日：2022/8/5