(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 202210757740.4 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 银江技术股份有限公司 地址 310012 浙江省杭州市益 乐路223号1 幢1层 申请人 浙江银江交通技术有限公司 (72)发明人 王辉　钱小鸿　 (74)专利代理 机构 杭州斯可 睿专利事务所有限 公司 33241 专利代理师 王利强 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于神经网络的道路救援移动机械臂 运动时间预设方法 (57)摘要 一种基于神经网络的道路救援移动机械臂 运动时间预设方法， 针对带有各运动关节角初始 位姿不确定因素及外部干扰的道路救援移动机 械臂运动系统， 根据具有道路救援功能的移动机 械臂的运动学模型， 利用神经网络优化方法， 再 结合二次规划方法， 设计一种可预设任务时间的 移动机械臂轨迹规划方法； 指定时间内 收敛的神 经网络的设计为了保证系统的可预设的时间收 敛特性， 并且当移动机械臂初始各运动关节角位 姿不确定情形下， 保证移动机械臂可以有效完成 工作任务。 本发 明消除了运动系统的初始关节角 定位不确定问题， 有效抑制了干扰现象， 保证整 个运动系统的在预设的有限时间内收敛。 权利要求书4页 说明书9页 附图4页 CN 115256371 A 2022.11.01 CN 115256371 A 1.一种基于神经网络的道路救援移动机械臂运动时间预设方法， 其特征在于： 所述方 法包括以下步骤： 步骤1， 建立道路 救援移动机 械臂运动学模型， 初始化系统参数、 任务时间； 步骤2， 计算 运动系统关节角跟踪误差， 设计可 预设非线性 函数； 步骤3， 设计基于二 次规划的移动机械臂运动方案， 其中移动机械臂实际运动时的各初 始关节角位姿可以任意指定， 只需要保证关节角的运动幅度在关节角物理限制范围之内， 给定移动机械臂实际运动时的初始关节角度θ(0)， 以θ(0)为运动起始点， 形成的最小化能 量优化运动方案； 步骤4， 基于步骤3中的移动机械臂运动规划方案， 构建可预设时间收敛神经网络求解 模型。 2.如权利要求1所述的一种基于神经网络的道路救援移动机械臂运动时间预设方法， 其特征在于： 所述 步骤1的过程如下： 1.1所述道路救援移动机械臂是具有六自由度以上关节角的移动机械臂， 且其中心与 机体坐标系原点重合， 移动机械臂由机械臂和移动平台组成， 机械臂各关节及杆是刚性物 体， 对机械臂各关节进 行分析， 建立全局坐标系与局部坐标系， 全局坐标系是基于地面的坐 标系， 局部坐标系是根据D ‑H约定建立的参考坐标系， 通过局部坐标系中各关节角的齐次变 换矩阵Ai， 得到机械臂末端执 行器在全局坐标系中的位置， 齐次变换矩阵Ai如下： 其中， θi, αi,ai和di分别代表机械臂第i关节的运动关节角， 连杆转角， 连杆长度和连杆 偏距， 根据齐次变换矩阵Ai， 得到不同坐标系之间的位姿转换矩阵 末端执行器坐标系与机 械臂基座 坐标系之间的位姿变换矩阵 如下： 其中， 为末端执 行器在机 械臂基座 坐标系的位置坐标， 为旋转矩阵； 1.2移动平台由3个麦 克纳姆轮驱动， 变量ξ＝[xc,yc, θ0]T表示移动平台与机械臂基座连 接点的运动状态， xc,yc分别代表连接点在全局坐标系中的X轴， Y轴坐标， θ0代表移动平台的 转向角， 通过转换矩阵A0得到移动的平台与全局坐标系之间的转换关系如下：权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115256371 A 2表示变量ξ 关于时间的导数， 并与3个麦克纳姆轮转动角速度 存在如下关系： 其中， r,L分别代 表轮子的半径和轮子 重心到平台同一水平面上中心的距离 。 3.如权利要求2所述的一种基于神经网络的道路救援移动机械臂运动时间预设方法， 其特征在于： 所述 步骤2的过程如下： 2.1定义运动关节角跟踪误差为： 其中， 为期望关节角初始位置， θi中 为各个自由运动关节角每 个时刻的位置， 为轮子的转动角速度； 式(3)的一阶微分表示如下： 2.2定义可 预设非线性 函数ρ(t)为： t0是非线性函数开始作用的时间， t1是动态系统的预设定收敛时间， 是可调 节的参数， sgn 为一符号函数， γ＞0 。 4.如权利要求3所述的一种基于神经网络的道路救援移动机械臂运动时间预设方法， 其特征在于： 所述 步骤3中， 形成的最小化能量优化 运动方案描述 为： 其中， A＝diag(r/3L,r/3L,r/3L)， κ＞0表示位置的参数增益， 用来调节末端执行器运动到期望路径的速率， Λ＝diag( λ1, λ2,... λ3+m)∈R(3+m)×(3+m)是一斜 对角线矩阵， 且Λ中的每一个元素λi＞0∈R,i＝1,2,...3+m， 在(1)中Jw∈Rn×(s+m)表示整个 移动机械臂系统的雅可比矩阵， rwd∈Rn为移动机械臂末端执行器运动的期望轨迹， rw为末 端执行器实际运动的轨 迹， 表示末端执 行器运动时的速度向量。 5.如权利要求4所述的一种基于神经网络的道路救援移动机械臂运动时间预设方法，权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115256371 A 3