(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110037437.2 (22)申请日 2021.01.12 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 112765879 A (43)申请公布日 2021.05.07 (73)专利权人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410000 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 胡瑞军　张育林　 (74)专利代理 机构 北京市盛峰律师事务所 11337 专利代理师 席小东 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01)(56)对比文件 CN 108942 924 A,2018.12.07 CN 111890363 A,2020.1 1.06 WO 20180 53224 A1,2018.0 3.22 US 20140 67118 A1,2014.0 3.06 张震等.基 于PSO-RBF神经网络的串联机 械 臂逆运动学分析. 《科 学技术与工程》 .2019,第19 卷(第36期), 张震等.基 于PSO-RBF神经网络的串联机 械 臂逆运动学分析. 《科 学技术与工程》 .2019,第19 卷(第36期), 夏洛克江户川.标准 化和归一 化， 请勿混为 一谈， 透彻理解数据变换. 《CS DN blog.csdn.net/weixi n_36604953/article/ details/102652160》 .2019, (续) 审查员 赵玲玉 (54)发明名称 基于神经网络和构型编码的机械臂逆运动 学求解方法 (57)摘要 本发明提供一种基于神经网络和构型编码 的机械臂逆运动学求解方法， 包括： 坐标系与运 动学参数定义； 机械臂构型编码参数定义； 正向 运动学构建； 逆运动学求解神经网络设计； 训练 样本库构建； 神经网络训练与测试； 逆运动学求 解器的应用。 (1)本发明提出一种基于前向神经 网络和构型编码的多自由度机械臂逆运动学求 解方法， 较好的解决多自由度机械臂求解空间较 大时的多解性对逆运动网络训练收敛性的干扰 和局部最优的问题。 (2)所设计的基于前向神经 网络和构型编码的多自由度机械臂逆运动学求 解方法对不同自由度数的情况具有较好的通用 性， 而不会随情况的自由度增加而增加算法的复 杂度。 [转续页] 权利要求书4页 说明书15页 附图5页 CN 112765879 B 2022.05.17 CN 112765879 B (56)对比文件 土地公公爷.什么是sigmo id激活函数. 《CSDN blog.csdn.net/q q_44594249/ar ticle/ details/100561953》 .2019,LLLiuye.学习率(Learn ing rate)的理解以 及如何调整学习率. 《博客园 cnbl ogs.com/ lliuye/p/9471231.html》 .2018,2/2 页 2[接上页] CN 112765879 B1.一种基于神经网络和构型编码的机械臂逆运动学求解方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 步骤1， 坐标系与运动学参数定义： 步骤1.1， 对于被 研究的多自由度机 械臂， 其结构如下： 假设其自由度数为N， N＞2， 从多自由度机械臂的基座向机械臂末端， 共有N个关节， 各 关节依次编号为关节1～N； 从多自由度机械臂的基座向机械臂末端， 共有N个连杆， 各连杆 依次编号 为连杆1～N； 对于关节n， n∈[1,N]， 当n＝1时， 关节n通过连杆n与关节n+1相连； 当n＝2,3,...,N ‑1 时， 关节n的一端通过连杆n ‑1与关节n‑1相连， 关节 n的另一端通过连杆n与关节 n+1相连； 当 n＝N时， 关节 n的一端通过连杆n ‑1与关节n‑1相连， 关节 n的另一端通过连杆n与机械臂末端 相连； 该多自由度机械臂， 关节2～N的关节转轴互相平行， 并且与关节1的关节转轴保持垂 直； 当n＝2,3,...,N时， 连 杆n‑1与连杆n的延长线与关节n的关节转轴相交于一 点； 步骤1.2， 坐标系定义如下： 以关节1的关节转轴和连杆1的交点为原点O， 沿关节1的关节转轴方向为Z轴， 当关节1 转角为0时， 沿连杆1并指向离开关节1的方向为X轴， 按照右手 法则确定Y轴， 从而建立XYZ坐 标系； 步骤1.3， 变量定义如下： 在XYZ坐标系中， 机 械臂末端的位置坐标为(x,y,z)T； 对于连杆n， n∈[1,N]， 定义连 杆n的长度为 ln； 对于关节n， n∈[1,N]， 定义关节n的角位移为αn； 其中， 当n＝1 时， 关节n的角位移αn为连 杆n与X轴的夹角； 当n ＝2,3,...,N时， 关节n的角位移αn为连杆n‑1与连杆n的夹角； 对于关节n， n∈[1,N]， 定义关节n的空间角度为θn； θn∈[0, π]； 当n＝1时， 关节n的空间 角度θn等于关节n的角位移αn； 当n＝2,3,...,N时， 关节n的空间角度θn为Z轴与连杆n的夹 角； 关节n的角位移αn与关节n的空间角度 θn的关系通过以下公式1表示： 步骤2， 机 械臂构型编码参数定义如下： 步骤2.1， 对于具有N个关节的多自由度机械臂， 其关节3～关节N中的每个关节均具有 两种构型， 分别是上扑构型和上凹构型， 因此， 当n＝3,4, …,N时， 定义关节n的节点构型变 量为 ηn， 因此， 具有N个关节的多自由度机 械臂， 共有N ‑2个节点构型变量， 分别为 η3～ ηN； 节点构型变量 ηn的取值取决于关节的构型， 具体通过以下公式2确定： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 112765879 B 3