(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 202110632092.5 (22)申请日 2021.06.07 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 黄健哲　肖秉杭　敬忠良　顿向明　 潘汉　刘物己　 (74)专利代理 机构 上海光华专利事务所(普通 合伙) 31219 专利代理师 庞红芳 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 柔性机器臂的逆向运动学智能寻优方法、 存 储介质及设备 (57)摘要 本发明提供一种柔性机器臂的逆向运动学 智能寻优方法、 存储介质及设备， 所述方法柔性 机器臂的逆向运动学智能寻优 方法包括： 基于柔 性机器臂的关节弹簧本构参数构造目标优化函 数； 分别建立球铰直杆对平台角度的约束条件、 关节弹簧形变的约束条件、 柔性机器臂末端位置 距离目标位置的距离约束条件； 基于非线性规划 的遗传算法、 所述球铰直杆对平台角度的约束条 件、 所述关节弹簧形变的约束条件、 以及所述柔 性机器臂末端位置距离目标位置的距离约束条 件计算所述目标优化函数的最优解， 获取所述柔 性机器臂各平台期望位姿和各关节弹簧的期望 长度。 本发 明有效解决了 现有技术中对柔性机器 臂难以准确合理并且实时地进行逆向运动学求 解的技术问题。 权利要求书2页 说明书9页 附图3页 CN 115510567 A 2022.12.23 CN 115510567 A 1.一种柔性机器臂的逆向运动学智能寻优方法， 柔性机器臂由多个关节首尾顺次连 接， 每个关节包 含有多组形状记 忆合金弹簧， 记为关节弹簧； 其特 征在于： 所述方法包括： 基于柔性机器臂的关节弹簧本构参数构造目标优化 函数； 分别建立球铰直杆对平台角度的约束条件、 关节弹簧形变的约束条件、 柔性机器臂末 端位置距离目标位置的距离约束条件； 基于非线性规划的遗传算法、 所述球铰直杆对平台角度的约束条件、 所述关节弹簧形 变的约束 条件、 以及所述柔性机器臂末端位置距离目标位置的距离约束 条件计算所述目标 优化函数的最优解， 获取 所述柔性机器臂各平台期望位姿和各关节弹簧的期望 长度。 2.根据权利要求1所述的柔性机器臂的逆向运动学智能寻优方法， 其特征在于： 所述关 节弹簧本构参数包括： 热传递系数， 材料内阻， 材料横截面积， 平台载荷， 热弹性系数， 弹性 模量。 3.根据权利要求2所述的柔性机器臂的逆向运动学智能寻优方法， 其特征在于： 所述目 标优化函数为： 其中， FUN表示为目标优化函数， i表示为第i个机器臂平台， j表示为第j组驱动弹簧， n 表示为机器臂的总平台数， 表示为第i个平台第j组驱动弹簧的热传递系数， 表示为 第i个平台第j组驱动弹簧的内阻， 表示为第 i个平台第j组驱动弹簧的横截面积， 表 示为第i个平台第j组驱动弹簧的载荷， 表示为第i个平台第j组驱动弹簧的热弹性系数， 表示为第i个平台第j组驱动弹簧的弹性模量， 为表示为第i个平台第j组驱动弹簧的 形变量。 4.根据权利要求3所述的柔性机器臂的逆向运动学智能寻优方法， 其特征在于： 所述关 节弹簧本构参数满足如下 热力学平衡方程： 其中， u表示为驱动电压， R表示为材料内阻， T表示为温度， T0表示为环境温度， m表示为 材料质量， c表示为材料比热， A表示为材料横截面积， t表示为加热时间， h表示为热传递系 数， σ 表示为应力， σ0表示为初始应力， E表示为弹性模量， ε表示为应变， ε0表示为初始应变， Θ表示为热弹性系数， Ω表示为相变系数， ξs表示为马氏体体积分数， ξs0表示为初始马氏体 体积分数。 5.根据权利要求1所述的柔性机器臂的逆向运动学智能寻优方法， 其特征在于： 所述球 铰直杆对平台角度的约束条件 包括： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115510567 A 2其中： R(i)， R(i+1)分别表示为第i个， 第i+1个动坐标系到固定坐标系的旋转矩阵， 表 示为第i个平台可以自由旋转的最大角度。 6.根据权利要求1或5所述的柔性机器臂 的逆向运动学智能寻优方法， 其特征在于： 所 述关节弹簧形变的约束条件 包括： 其中： 表示为第i个平台第j组关节弹簧的形变量， 表示为第i个平台第j组关节弹 簧的向量形式， L0表示为各关节弹簧的记忆长度， R(i)， R(i+1)分别表示为第i个， 第i+1个动坐 标系到固定坐标系的旋转矩阵， T(i)表示为第i个平 台参考系下第i+1个平 台中心的位置向 量， 表示为第i个平台第j组关节弹簧的上固定端在第i个平台下的位置向量， 表示 为第i个平台第j组关节弹簧的下固定端在第i+1个平台下的位置向量。 7.根据权利要求6所述的柔性机器臂的逆向运动学智能寻优方法， 其特征在于： 所述柔 性机器臂末端位置距离目标位置的距离约束条件 包括： 其中， Πaim表示为以期望位置为中心， 半径为δ的邻域空间， R(i)表示为第i个动坐标系 到固定坐标系的旋转矩阵， T(i)表示为第i个平 台参考系下第i+1个平 台中心的位置向量， i 表示为第i个机器臂 平台， n表示 为机器臂的总平台数。 8.根据权利要求1所述的柔性机器臂的逆向运动学智能寻优方法， 其特征在于： 所述遗 传算法采用工具箱GA获取全局最优解， 使用最优化工具箱fmi ncon获取非线性 最优解。 9.一种存储介质， 存储有程序指令， 其中， 所述程序指令被执行时实现如权利要求1至 权利要求8任一项所述的柔 性机器臂的逆向运动学智能寻优方法的步骤。 10.一种电子设备， 其特征在于： 包括存储器， 用于存储计算机程序； 处理器， 用于运行 所述计算机程序以实现如权利要求1至权利要求8任一权利要求所述的柔性机器臂的逆向 运动学智能寻优方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115510567 A 3