(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 202210713454.8 (22)申请日 2022.06.22 (71)申请人 中山大学 地址 510275 广东省广州市海珠区新港西 路135号 (72)发明人 邱斌斌　李晓东　郭津津　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 刘俊 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 18/00(2006.01) (54)发明名称 基于离散时间神经动力学的移动机器人重 复运动控制方法及系统 (57)摘要 本发明涉及机器人控制领域， 提出一种基于 离散时间神经动力学的移动机器人重复运动控 制方法及系统， 所述方法包括构建移动机器人的 位置层运动学方程、 速度层运动学方程和物理极 限约束， 并将所述物理极限约束转换为速度层双 端不等式约束； 构建基于时变二次型优化问题的 移动机器人的重复运动控制方案； 构建连续时间 零化神经动力学模型； 根据五步显式线性多步法 则与所述连续时间零化神经动力学模 型， 构建离 散时间零化神经动力学模型， 并计算移动机器人 的控制变量， 对移动机器人进行重复运动控制。 本发明能够实现对含物理极限约束的移动机器 人的实时重复运动控制， 提升了移动机器人的运 动实时性、 路径跟踪精度以及物理极限约束处理 能力。 权利要求书5页 说明书10页 附图7页 CN 114952860 A 2022.08.30 CN 114952860 A 1.基于离散时间神经动力学的移动机器人重复运动控制方法， 其特 征在于， 包括： S1： 采集移动机器人的运动数据； S2： 构建移动机器人的位置层运动学方程、 速度层运动学方程和物 理极限约束， 并将所 述物理极限约束转换为速度层 双端不等式约束； S3： 结合所述位置层运动学方程、 速度层运动学方程和速度层双端不等式约束， 构建基 于时变二次型优化问题的移动机器人的重复运动控制方案； S4： 基于零化神经动力学设计法则， 将指数型惩罚策略引入所述基于时变二次型优化 问题的移动机器人的重复运动控制方案， 构建连续时间零 化神经动力学模型； S5： 根据五步显式线性多步法则与所述连续时间零化神经动力学模型， 构建离散时间 零化神经动力学模型； S6： 将所述移动机器人的运动数据输入所述离散时间零化神经动力学模型， 计算出移 动机器人的控制变量； S7： 根据所述控制变量对移动机器人进行重复运动控制。 2.根据权利要求1所述的基于离散时间神经动力学的移动机器人重复运动控制方法， 其特征在于， S2的具体步骤 包括： S2.1： 确定移动机器人运动的离散时间点， 并在所述离散时间点构建位置层运动学方 程； S2.2： 根据所述 位置层运动学 方程， 构建速度层运动学 方程； S2.3： 通过离 散时变双端不 等式组， 构建物理极限约束； S2.4： 基于指数 型极限转换 策略， 将所述物理极限约束转换为速度层 双端不等式约束。 3.根据权利要求2所述的基于离散时间神经动力学的移动机器人重复运动控制方法， 其特征在于， 在离散时间点 中， 构建位置层运动学方程， 其表达式如下所 示： Φ(Θk+1)＝ractual,k+1 其中， k为更新索引， 为时间步长， tfinal为整个计算时间区间的最终时间点， Φ( ·): 为非线性映射函数阵列， 为实数集合， Θk+1为移动机器人的组合角度向量， ractual,k+1为末端执行器的实际位置向量， 为移动平台左驱动轮 和右驱动轮的旋转角度集， θk+1为固定在移动平台上 六关节冗余度机 械臂的关节角度向量； 所述速度层运动学 方程的表达式如下 所示： 其中， φk+1为移动平 台的航向角， 为移动机器人的组合速度向量， 为移动平台左驱动轮和右驱动轮 的旋转速度集， 为固定在移动平台上六关节冗 余度机械臂的关节速度向量， J(φk+1, θk+1)为与雅可比相关的矩阵； ζk+1为含末端执行器位 置误差反馈的向量， 为末端执行器的期望路径的时间导数， rdesired,k+1为末端执权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114952860 A 2行器的期望路径， λ1为可设定的参数； 所述物理极限约束的表达式如下 所示： 其中， Θ‑表示移动机器人的组合角度向量的下限， Θ+表示移动机器人的组合角度向量 的上限， 表示移动机器人的组合速度向量的下限， 表示移动机器人的组合速度向量 的上限； 基于指数型极限转换策略， 将所述物理极限约束转换为速度层双端不等式约束， 其表 达式如下 所示： 其中， αk+1表示双端不等式约束的下极限， βk+1表示双端不等 式约束的上极限， αk+1的第i 个元素αi,j+1(i＝1,2,…,n)， 以及βk+1的第i个元 素βi,k+1(i＝1,2,…,n)， 分别有如下定义： 其中， exp( ·)表示指数函数； σ1＞0为可设定的参数， 用于调节减速幅度； 参数σ2∈(0, 1)为可设定的参数 ， 用于调节需要减速的临界区域范围 ， 即 和 4.根据权利要求3所述的基于离散时间神经动力学的移动机器人重复运动控制方法， 其特征在于， S3的具体步骤 包括： S3.1： 结合位置层运动学方程、 速度层运动学方程和速度层双端不等式约束， 设计移动 机器人的重复运动控制方案， 其表达式如下 所示： 其中， Dk+1表示重复运动性能指标的系数矩阵， dk+1表示重复运动性能指标的系数向量， Dk+1和dk+1的表达式分别如下 所示： 其中， Ck+1表示与移动平台航向角相关的辅助矩阵， λ2、 λ3和λ4均为正的设计参数； pconnection,k+1＝[xconnection,k+1； yconnection,k+1]为移动平台与机械臂之间的连接点， xconnection,k+ 1 表示所述连接点在X轴的坐标， yconnection,k+1表示所述连接点在Y轴的坐标； pconnection(0)表示权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114952860 A 3