專(zhuān)利名稱(chēng)：一種qp統(tǒng)一協(xié)調(diào)的移動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)描述與規(guī)劃方法
云母片5-8份、聚丙烯纖維1-2份、纖維素纖維1-3份、硅溶膠10-15份、分散劑1_3份?；诮ㄖ衅茡p石材的快速修補(bǔ)材料是用于青石板修補(bǔ)的青石板修補(bǔ)材料，砂為30-45份。青石板修補(bǔ)材料的膠凝混合物中還可以含有粉煤灰，粉煤灰為15-20份。作為一種優(yōu)選方案，青石板修補(bǔ)材料的膠凝混合物含有磷酸鎂水泥45-50份、粉煤灰15-20份、砂30-45、聚丙烯纖維1-2份、纖維素纖維1-3份、娃溶膠10-15份、分散劑1_3份。氧化鎂粉最好為由菱鎂礦重?zé)?。粉煤灰最好為I級(jí)灰或II級(jí)灰，具體技術(shù)指標(biāo)要求符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰(GBT1596-2005)》中關(guān)于I級(jí)灰或II級(jí)灰的技術(shù)要求。硼砂分子式為Na2B4O7.IOH2O,級(jí)別優(yōu)選為工業(yè)級(jí)橡膠粉可根據(jù)實(shí)際需要采用不同細(xì)度。水的用量根據(jù)不同的流動(dòng)性和強(qiáng)度要求，“水”為符合《JGJ63-2006混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》的潔凈用水。膠凝混合物中還可以混有高鋁水泥，高鋁水泥為10份 20份?；诮ㄖ衅茡p石材的快速修補(bǔ)材料的制備方法，第一步，制作磷酸鎂水泥，磷酸鎂水泥由磷酸鹽、氧化鎂粉·和硼砂三大組分制成，此三大組分以一定比例搭配；第二步，將磷酸鎂水泥、砂、硅溶膠混合制得膠凝混合物，設(shè)膠凝混合物質(zhì)量為100份，則磷酸鎂水泥為40-55份，砂為40-50份，硅溶膠為10-15份?？梢詫⒘姿徭V水泥、砂、硅溶膠通過(guò)干粉混合機(jī)混合。作為一種優(yōu)選方案，磷酸鎂水泥中含有磷酸鹽、氧化鎂粉和硼砂。將磷酸鹽和硼砂分別用干燥設(shè)施干燥處理至磷酸鹽溫度和硼砂溫度高于當(dāng)?shù)叵募咀罡邷囟纫陨?0-20°C ；將干燥處理過(guò)的磷酸鹽和硼砂分別過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方孔篩，篩除較粗、較硬的顆粒；將處理過(guò)磷酸鹽、處理過(guò)的硼砂與氧化鎂按質(zhì)量比30-40:10-20:40-50配合，制得磷酸鎂水泥。磷酸鹽優(yōu)選為磷酸二氫鉀。磷酸鎂水泥中磷酸二氫鉀優(yōu)選為工業(yè)級(jí)，純度為99.8% ;氧化鎂純度優(yōu)選為85%。首先,將磷酸二氫鉀和硼砂分別用干燥設(shè)施干燥處理12h，溫度為50°C;將干燥過(guò)的磷酸二氫鉀和硼砂分別過(guò)150 μ m方孔篩，保證篩余量不超過(guò)10% ；處理過(guò)的磷酸二氫鉀和硼砂于密封、干燥的條件下單獨(dú)存放，各組分按適當(dāng)比例配合即可制備成磷酸鎂水泥。硼砂優(yōu)選為為工業(yè)級(jí)，純度為95%。硼砂為磷酸鎂水泥的常用緩凝劑，硼砂溶解生成的B4072_迅速吸附到MgO顆粒表面，形成一層以B4072_和Mg2+為主的水化產(chǎn)物層，阻礙了MgO的溶解以及K+、PO43-與MgO顆粒的接觸，達(dá)到對(duì)磷酸鎂水泥緩凝的目的。
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磷酸鹽溶于水顯酸性，氧化鎂溶于水顯堿性，磷酸鎂水泥的水化反應(yīng)是以磷酸鹽和氧化鎂為主的酸堿中和反應(yīng)。當(dāng)磷酸鎂水泥與水拌合后，磷酸鎂水泥中的磷酸鹽首先溶于水中，并將迅速電離生成H+和PO4'使溶液呈弱酸性；在弱酸性條件下，MgO溶解產(chǎn)生Mg2+，溶解和擴(kuò)散到液相中的Mg2+與Κ+、Ρ043_迅速反應(yīng)生成無(wú)定形的鎂-磷酸鉀絡(luò)合物水化凝膠，即磷酸鹽水化產(chǎn)物MgKPO4.6H20。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，產(chǎn)物逐漸結(jié)晶析出。由于體系中氧化鎂過(guò)剩，析出的產(chǎn)物就覆蓋在氧化鎂表面，形成一層水化產(chǎn)物膜將氧化鎂粒子緊密地連結(jié)成一體。隨著反應(yīng)的繼續(xù)，溶液中的K+和PO/—逐步透過(guò)水化產(chǎn)物膜滲透到MgO顆粒表面，形成較多的水化產(chǎn)物，結(jié)晶產(chǎn)生體積膨脹導(dǎo)致水化產(chǎn)物膜破裂。使MgO又暴露于酸性溶液中，水化反應(yīng)速度重新加快，生成大量的水化產(chǎn)物。隨著水化物的不斷增多，相互之間接觸和連生使得磷酸鎂水泥漿體成為一個(gè)以MgO顆粒為框架、以磷酸鹽水化物為主要粘結(jié)料的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)，從而使磷酸鎂水泥硬化為有很高力學(xué)性能的硬化體。本產(chǎn)品的具體配方和使用方法取決于待修補(bǔ)區(qū)域的病害形式，有些石材的修補(bǔ)可化 xTWx/2+pTx,受約束于 Kx=d, ζ _ 彡 X 彡 ζ +,其中 X = f，d 4二 tmx{k(g: - ), }， ; =mm \k(q；-q^q；}，正的常數(shù)k用來(lái)調(diào)節(jié)和保證聯(lián)合速度足夠大的可行域。通過(guò)QP求解器求解所述標(biāo)準(zhǔn)二次規(guī)劃，從而得到QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的移動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)描述與規(guī)劃方法的最優(yōu)解。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):以往，對(duì)移動(dòng)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制，要么是先控制移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，要么是先控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)，不能對(duì)移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂同時(shí)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制運(yùn)動(dòng)，控制過(guò)程較為繁瑣。本發(fā)明通過(guò)對(duì)移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行統(tǒng)一描述，建立QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的移動(dòng)機(jī)械臂的冗余度解析方案，從而對(duì)移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂同時(shí)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制運(yùn)動(dòng)，完成給定末端任務(wù)，避免了分別控制移動(dòng)平臺(tái)或者機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的額外工作量以及繁瑣過(guò)程。


圖1為本發(fā)明的流程圖。圖2為本發(fā)明的具體實(shí)施移動(dòng)機(jī)械臂三維模型圖。圖3為本發(fā)明的具體實(shí)施移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。圖1所示的QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的移動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)描述與規(guī)劃方法首先主要建立移動(dòng)機(jī)械臂的QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的冗余度解析方案；然后運(yùn)用QP求解器對(duì)二次規(guī)劃方案進(jìn)行求解；下位機(jī)控制器根據(jù)求解結(jié)果控制移動(dòng)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。

具體實(shí)施例一圖2展示了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的移動(dòng)機(jī)械臂為一個(gè)三維的二輪驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)機(jī)械臂。機(jī)械臂由六個(gè)連桿所組成，通過(guò)關(guān)節(jié)5、關(guān)節(jié)6、關(guān)節(jié)7、關(guān)節(jié)8、關(guān)節(jié)9和關(guān)節(jié)10連接。移動(dòng)平臺(tái)包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪:左驅(qū)動(dòng)輪11和右驅(qū)動(dòng)輪12。在本發(fā)明專(zhuān)利示例中，該機(jī)械臂關(guān)節(jié)5-10初始角度設(shè)置為
τ弧度，左驅(qū)動(dòng)輪11和右驅(qū)動(dòng)輪12初始角度設(shè)置為
τ弧度，即q(0) = [O, O, O, π /3, π /6, π , π/2，0]τ,其聯(lián)合角度上下極限設(shè)置為q土=[土 ，土 ±0.5236，±2.3562，±6.2832，±6.2832，±6.2832，±6.2832]τ弧度，其聯(lián)合速度上下極限設(shè)置為f =[±30.0.±30.0'±3.0'±3.0,±3.0，±3.0'±3.0，±3.0]「弧度/秒。該空間六自由度冗余度機(jī)械臂的前向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為
(4 +4)( ^ -S5C4C32C1 + )+(^ + h) S32C\ + !2S2C\ /(β) — (4 +4)(— — ) (^4 + 4 ) ^32^1 +4 ，
{h +k) (S5C4S32 + C5C32 ) + (^4+^) C32 + hC2 + 4 + ^—其中Ii表示第i個(gè)連桿的長(zhǎng)度，Ci = cos( Θ j), Si = sin( Θ J , Qi表示第i個(gè)關(guān)節(jié)的角度，1 = 1,2,…6, S32 = sin( Θ 3+ Θ 2), c32 = cos( θ 3+ Θ 2)，h表示第一個(gè)關(guān)節(jié)到移動(dòng)平臺(tái)底部的距離。在該空間六自由度冗余度機(jī)械臂中，I =
7米，11=0.698 米。圖3為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的移動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。在這個(gè)具體示例中，通過(guò)對(duì)移動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)分析，求得二輪驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為
權(quán)利要求
1.一種QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的移動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)描述與規(guī)劃方法，其特征在于，包括如下步驟: ` 51.對(duì)移動(dòng)機(jī)械臂，建立QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的冗余度解析方案，所述解析方案的最小性能指標(biāo)為移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂的聯(lián)合速度向量的二次函數(shù)，受約束于移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂的統(tǒng)一描述方程、聯(lián)合速度極限和聯(lián)合角度極限； `52.將步驟SI的QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的移動(dòng)機(jī)械臂冗余度解析方案運(yùn)用QP求解器進(jìn)行求解； `53.將步驟S2的求解結(jié)果傳遞給下位機(jī)控制器，驅(qū)動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂同時(shí)協(xié)調(diào)完成給定的末端任務(wù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的移動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)描述與規(guī)劃方法，其特征在于:所述步驟SI的QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的冗余度解析方案具體為:最小化
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的移動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)描述與規(guī)劃方法，其特征在于:所述等式約束兩=4為移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂的統(tǒng)一運(yùn)動(dòng)學(xué)描述方程，根據(jù)給定的移動(dòng)機(jī)械臂，通過(guò)對(duì)其結(jié)構(gòu)分析，求得具體的連接矩陣K。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的移動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)描述與規(guī)劃方法，其特征在于:所述步驟SI的QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的冗余度解析方案轉(zhuǎn)化為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)二次規(guī)劃:最小化
全文摘要
本發(fā)明提供了一種QP(二次規(guī)劃)統(tǒng)一協(xié)調(diào)的移動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)描述與規(guī)劃方法，包括如下步驟1)對(duì)移動(dòng)機(jī)械臂，建立QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的冗余度解析方案，所述解析方案設(shè)計(jì)的最小性能指標(biāo)為移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂的聯(lián)合速度向量的二次函數(shù)，受約束于移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂的統(tǒng)一描述方程、聯(lián)合速度極限和聯(lián)合角度極限；2)將步驟1)的QP統(tǒng)一協(xié)調(diào)的冗余度解析方案運(yùn)用QP求解器進(jìn)行求解；3)將步驟2)的求解結(jié)果傳遞給下位機(jī)控制器，驅(qū)動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂同時(shí)協(xié)調(diào)完成給定的末端任務(wù)。本發(fā)明特點(diǎn)在于，通過(guò)對(duì)移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂的統(tǒng)一描述與規(guī)劃，控制移動(dòng)機(jī)械臂的移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，完成給定末端任務(wù)。
文檔編號(hào)B25J9/16GK103144111SQ201310060690
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者張雨濃, 肖林, 金龍 申請(qǐng)人:中山大學(xué)