CN110154020A - 一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法 - Google Patents
一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及柔性机械臂控制方法技术领域，且公开了一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，包括应用在柔性机械臂上的控制器，所述控制器的运用自适应动态规划算法进行设计，前提设计具体步骤如下：步骤一：划分阶段；步骤二：确定控制器的工作状态和工作状态变量；步骤三：确定决策并写出状态转移方程；步骤四：寻找边界条件。该自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，能够对柔性机械臂进行更好的控制。
Description
技术领域
本发明涉及柔性机械臂控制方法技术领域，具体为一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法。
背景技术
柔性机械臂以其运动速度快、有效载荷与机器人重量比高、制造消耗低、工作空间大等优点，在航空、建筑等领域得到了广泛的应用。考虑到其特殊的物体结构特性，柔性机械臂的运动包括宏观的刚体转动和微观的柔性振动，二者之间高度耦合。且柔性机械臂具有非线性、无穷阶和参数不确定等特性，因此，如何提高定位精度，同时避免因柔性引起的振动，是一个具有挑战性的问题。
基于柔性机械臂的动力学模型，现有研究成果可以分为两类，一类是基于柔性机械臂刚柔耦合模型直接设计控制器，这类方法的优点是充分考虑并利用柔性机械臂动态特性，可应用传统PID控制、变结构控制、鲁棒控制、神经网络控制、模糊控制、自适应控制等方法设计控制器。另一方面，考虑到柔性机械臂双时间尺度特性，将奇异摄动方法引入复杂柔性机械臂***的建模与控制当中，在不同时间尺度下分别设计控制器，从已有的研究成果可以看出，该方法设计的控制器设计过程简单，控制器性能好。但是现有的柔性机械臂控制器设计的动态规划设计算法分析较为简单，从而设计出的控制器对柔性机械臂的控制性能差。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，具备能够对柔性机械臂进行更好的控制等优点，解决了目前柔性机械臂控制器设计的动态规划设计算法分析较为简单，从而设计出的控制器对柔性机械臂的控制性能差的问题。
(二)技术方案
1.为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，包括应用在柔性机械臂上的控制器，所述控制器的运用自适应动态规划算法进行设计，前提设计具体步骤如下：
步骤一：划分阶段，按照控制器的工作时间和工作空间，把控制器的设计方法划分为若干阶段，在划分阶段时，注意控制器的设计划分后的阶段一定要是有序的或者是可排序的，否则控制器的设计问题就无法求解；
步骤二：确定控制器的工作状态和工作状态变量，将问题发展到各个阶段时所处于的各种客观情况用不同的状态表示出来，状态的选择要满足控制器的无后效性；
步骤三：确定决策并写出状态转移方程，因为决策和状态转移有着天然的联系，状态转移就是根据上一阶段的状态和决策来导出本阶段的状态，所以如果确定了决策，状态转移方程也就可写出，但此处常常是反过来做，根据相邻两个阶段的状态之间的关系来确定决策方法和状态转移方程；
步骤四：寻找边界条件，给出的状态转移方程是一个递推式，需要一个递推的终止条件或边界条件。
优选的，通过所述步骤一、步骤二、步骤三和步骤四，得出写出状态转移方程，具体设计如下：S1，分析最优解的性质，并刻画其结构特征；S2，递归的定义最优解；S3，以自底向上或自顶向下的记忆化方式计算出最优值以及S4根据计算最优值时得到的信息，构造问题的最优解。
优选的，通过所述步骤一、步骤二、步骤三和步骤四分析设计后，再利用拉格朗日法和假设模态建立柔性机械臂的动力学模型。
优选的，通过所述步骤一、步骤二、步骤三和步骤四分析设计出的控制器用于控制柔性机械臂完成动作，具体控制步骤为：寻找目标物，柔性机械臂上设置有视觉传感器和距离传感器，视觉传感器和距离传感器同时工作，视觉传感器测量出目标物的具***置，距离传感器测量出目标物之间的距离，视觉传感器和距离传感器同时将测量出的信号发送至控制器，控制器将信号发送柔性机械臂的执行机构，执行机构将信号发送至自动化调节机构，自动化调节机构通过执行元件直接驱动机械臂向下移动，使得机械臂移动至目标的位置，控制器再完成对目标物的动作。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，具备以下有益效果：
1、通过步骤一：划分阶段；步骤二：确定控制器的工作状态和工作状态变量；步骤三：确定决策并写出状态转移方程；步骤四：寻找边界条件，能够得出写出状态转移方程，最终再利用拉格朗日法和假设模态建立柔性机械臂的动力学模型，从而设计出控制性能较佳的控制器，能够对柔性机械臂进行更好的控制。
具体实施方式
本发明公开了一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。需要特别指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的控制方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的控制方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合实施例，进一步阐述本发明。
一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，包括应用在柔性机械臂上的控制器，控制器的运用自适应动态规划算法进行设计，前提设计具体步骤如下：
步骤一：划分阶段，按照控制器的工作时间和工作空间，把控制器的设计方法划分为若干阶段，在划分阶段时，注意控制器的设计划分后的阶段一定要是有序的或者是可排序的，否则控制器的设计问题就无法求解；
步骤二：确定控制器的工作状态和工作状态变量，将问题发展到各个阶段时所处于的各种客观情况用不同的状态表示出来，状态的选择要满足控制器的无后效性；
步骤三：确定决策并写出状态转移方程，因为决策和状态转移有着天然的联系，状态转移就是根据上一阶段的状态和决策来导出本阶段的状态，所以如果确定了决策，状态转移方程也就可写出，但此处常常是反过来做，根据相邻两个阶段的状态之间的关系来确定决策方法和状态转移方程；
步骤四：寻找边界条件，给出的状态转移方程是一个递推式，需要一个递推的终止条件或边界条件。
通过步骤一、步骤二、步骤三和步骤四，得出写出状态转移方程，具体设计如下：S1，分析最优解的性质，并刻画其结构特征；S2，递归的定义最优解；S3，以自底向上或自顶向下的记忆化方式计算出最优值以及S4根据计算最优值时得到的信息，构造问题的最优解。
通过步骤一、步骤二、步骤三和步骤四分析设计后，再利用拉格朗日法和假设模态建立柔性机械臂的动力学模型。
通过步骤一、步骤二、步骤三和步骤四分析设计出的控制器用于控制柔性机械臂完成动作，具体控制步骤为：寻找目标物，柔性机械臂上设置有视觉传感器和距离传感器，视觉传感器和距离传感器同时工作，视觉传感器测量出目标物的具***置，距离传感器测量出目标物之间的距离，视觉传感器和距离传感器同时将测量出的信号发送至控制器，控制器将信号发送柔性机械臂的执行机构，执行机构将信号发送至自动化调节机构，自动化调节机构通过执行元件直接驱动机械臂向下移动，使得机械臂移动至目标的位置，控制器再完成对目标物的动作。
综上所述，该自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，通过步骤一：划分阶段；步骤二：确定控制器的工作状态和工作状态变量；步骤三：确定决策并写出状态转移方程；步骤四：寻找边界条件，能够得出写出状态转移方程，最终再利用拉格朗日法和假设模态建立柔性机械臂的动力学模型，从而设计出控制性能较佳的控制器，能够对柔性机械臂进行更好的控制，具体控制步骤为：寻找目标物，柔性机械臂上设置有视觉传感器和距离传感器，视觉传感器和距离传感器同时工作，视觉传感器测量出目标物的具***置，距离传感器测量出目标物之间的距离，视觉传感器和距离传感器同时将测量出的信号发送至控制器，控制器将信号发送柔性机械臂的执行机构，执行机构将信号发送至自动化调节机构，自动化调节机构通过执行元件直接驱动机械臂向下移动，使得机械臂移动至目标的位置，控制器再完成对目标物的动作。
需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，包括应用在柔性机械臂上的控制器，其特征在于：所述控制器的运用自适应动态规划算法进行设计，前提设计具体步骤如下：
步骤一：划分阶段，按照控制器的工作时间和工作空间，把控制器的设计方法划分为若干阶段，在划分阶段时，注意控制器的设计划分后的阶段一定要是有序的或者是可排序的，否则控制器的设计问题就无法求解；
步骤二：确定控制器的工作状态和工作状态变量，将问题发展到各个阶段时所处于的各种客观情况用不同的状态表示出来，状态的选择要满足控制器的无后效性；
步骤三：确定决策并写出状态转移方程，因为决策和状态转移有着天然的联系，状态转移就是根据上一阶段的状态和决策来导出本阶段的状态，所以如果确定了决策，状态转移方程也就可写出，但此处常常是反过来做，根据相邻两个阶段的状态之间的关系来确定决策方法和状态转移方程；
步骤四：寻找边界条件，给出的状态转移方程是一个递推式，需要一个递推的终止条件或边界条件。
2.根据权利要求1所述的一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，其特征在于：通过所述步骤一、步骤二、步骤三和步骤四，得出写出状态转移方程，具体设计如下：S1，分析最优解的性质，并刻画其结构特征；S2，递归的定义最优解；S3，以自底向上或自顶向下的记忆化方式计算出最优值以及S4根据计算最优值时得到的信息，构造问题的最优解。
3.根据权利要求1所述的一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，其特征在于：通过所述步骤一、步骤二、步骤三和步骤四分析设计后，再利用拉格朗日法和假设模态建立柔性机械臂的动力学模型。
4.根据权利要求1所述的一种自适应动态规划的柔性机械臂控制方法，其特征在于：通过所述步骤一、步骤二、步骤三和步骤四分析设计出的控制器用于控制柔性机械臂完成动作，具体控制步骤为：寻找目标物，柔性机械臂上设置有视觉传感器和距离传感器，视觉传感器和距离传感器同时工作，视觉传感器测量出目标物的具***置，距离传感器测量出目标物之间的距离，视觉传感器和距离传感器同时将测量出的信号发送至控制器，控制器将信号发送柔性机械臂的执行机构，执行机构将信号发送至自动化调节机构，自动化调节机构通过执行元件直接驱动机械臂向下移动，使得机械臂移动至目标的位置，控制器再完成对目标物的动作。
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