(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 202211057297.6 (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 北京精密机电控制设备研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路1号 (72)发明人 郭美杉　梁斌焱　王尧　陈志鸿　 王燕波　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 臧春喜 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种力矩控制的机械臂自主轨迹规划方法 和系统 (57)摘要 本发明公开了一种力矩控制的机械臂自主 轨迹规划方法和系统， 该方法包括： 获取输入数 据； 其中， 输入数据包括： 目标点运动 区域图像、 机械臂在笛卡尔空间的末端位姿、 以及机械臂在 关节空间的角位置、 速度、 加速度和 力矩； 将输入 数据输入至路径规划网络模型， 通过路径规划网 络模型对输入 数据进行解算， 输出关节力矩控制 量； 根据路径 规划网络模型输出的关节力矩控制 量， 控制机械臂连续平滑快速地 从当前点位姿运 动至目标点位姿。 本发明可自主规划运动轨迹， 使机械臂末端到 达目标点用时更短。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 115416024 A 2022.12.02 CN 115416024 A 1.一种力矩控制的机 械臂自主轨 迹规划方法， 其特 征在于， 包括： 获取输入数据； 其中， 输入数据包括： 目标点运动区域图像、 机械臂在笛卡尔空间的末 端位姿、 以及机 械臂在关节空间的角位置、 速度、 加速度和力矩； 将输入数据输入至路径规划网络模型， 通过路径规划网络模型对输入数据进行解算， 输出关节力矩控制量； 根据路径规划网络模型输出的关节力矩控制量， 控制机械臂连续平滑快速地从当前点 位姿运动至目标点 位姿。 2.根据权利要求1所述的力矩控制的机械臂自主轨迹规划方法， 其特征在于， 通过自主 学习训练方式训练得到路径规划网络模型。 3.根据权利要求2所述的力矩控制的机械臂自主轨迹规划方法， 其特征在于， 路径规划 网络模型在进行自主学习训练时， 使用深度强化学习算法训练目标网络， 通过最大化折扣 后的未来期望累计奖励 逼近至最优策略； 采用如下非线性奖励函数评估机械臂当前动作的 奖励r： r＝rpos+rori+q3rstep 其中， rpos表示位置奖励， rori表示姿态奖励， rstep表示时间惩罚； Δx、 Δy、 Δz表示目标 位置与当前末端位置在机械臂基座坐标系下的差值； q1表示调整位置奖励斜率的系数； Δ α、 Δβ 、 Δγ表示目标姿态与当前末端姿态在机械臂基座坐标系下的差值， q2表示调整姿态 奖励斜率的系数； q3表示调整时间惩罚的权 重。 4.根据权利要求3所述的力矩控制的机械臂自主轨迹规划方法， 其特征在于， 路径规划 网络模型在进 行自主学习训练 时， 向“最大化折扣后的未来期 望累计奖励 ”的方向更新目标 网络参数， 以逼近用时最短的最优路径规划策略； 其中， 折扣后的未来期 望累计奖励指 机械 臂当前步数i下， 状态Si‑动作Ai价值Q(S,A)。 5.根据权利要求2所述的力矩控制的机械臂自主轨迹规划方法， 其特征在于， 路径规划 网络模型在进行自主学习训练时， 收集机械臂样本到经验池， 采用优先经验回放进行离线 策略更新； 同时对多样本进行学习和参数更新， 提高策略更新效率， 并提高样本独立性， 解 决机械臂不同回合的动态状态分布问题。 6.根据权利要求3所述的力矩控制的机械臂自主轨迹规划方法， 其特征在于， 路径规划 网络模型在进行自主学习训练时， 通过逼近最优策略， 不仅能够学习机械臂关节角与末端 位姿的运动学关系， 同时学习了 关节驱动电机的力矩 ‑速度关系以及机械臂的动力学性能， 以更少的步数为目标， 输出关节力矩， 从而生成同时受速度和力矩约束的速度优化轨 迹。 7.根据权利要求6所述的力矩控制的机械臂自主轨迹规划方法， 其特征在于， 路径规划 网络模型在进行自主学习训练时， 对路径规划网络施加各项约束， 以保证机械臂自身安全 与环境安全； 其中， 所施加的约束包括： 单步力矩约束、 电机最大力矩约束、 机械臂工作空间 约束、 机械臂自身碰撞与奇异约束和回合 最大步数约束。 8.根据权利要求2所述的力矩控制的机械臂自主轨迹规划方法， 其特征在于， 路径规划权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115416024 A 2网络模型在进行自主学习训练时， 对输入的目标点运动区域图像进行特征提取， 将提取得 到的特征通过卷积层和全局平均池化层后， 送入激活函数来获取目标位姿信息 。 9.根据权利要求1所述的力矩控制的机械臂自主轨迹规划方法， 其特征在于， 通过手眼 相机采集得到目标点运动区域图像； 通过所属关节力 传感器获取机械臂在关节空间的角位 置、 速度、 加速度和力矩。 10.一种力矩控制的机 械臂自主轨 迹规划系统， 其特 征在于， 包括： 数据获取模块， 用于获取输入数据； 其中， 输入数据包括： 目标点运动区域图像、 机械臂 在笛卡尔空间的末端位姿、 以及机 械臂在关节空间的角位置、 速度、 加速度和力矩； 解算模块， 将输入数据输入至路径规划网络模型， 通过路径规划网络模型对输入数据 进行解算， 输出关节力矩控制量； 控制模块， 用于根据路径规划网络模型输出的关节力矩控制量， 控制机械臂连续平滑 快速地从当前点 位姿运动至目标点 位姿。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115416024 A 3