專利名稱：一種qp統一協調的移動機械臂運動描述與規劃方法
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。基于建筑中破損石材的快速修補材料是用于青石板修補的青石板修補材料，砂為30-45份。青石板修補材料的膠凝混合物中還可以含有粉煤灰，粉煤灰為15-20份。作為一種優選方案，青石板修補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燒而成。粉煤灰最好為I級灰或II級灰，具體技術指標要求符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰(GBT1596-2005)》中關于I級灰或II級灰的技術要求。硼砂分子式為Na2B4O7.IOH2O,級別優選為工業級橡膠粉可根據實際需要采用不同細度。水的用量根據不同的流動性和強度要求，“水”為符合《JGJ63-2006混凝土用水標準》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。基于建筑中破損石材的快速修補材料的制備方法，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，設膠凝混合物質量為100份，則磷酸鎂水泥為40-55份，砂為40-50份，硅溶膠為10-15份。可以將磷酸鎂水泥、砂、硅溶膠通過干粉混合機混合。作為一種優選方案，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施干燥處理至磷酸鹽溫度和硼砂溫度高于當地夏季最高溫度以上10-20°C ；將干燥處理過的磷酸鹽和硼砂分別過標準方孔篩，篩除較粗、較硬的顆粒；將處理過磷酸鹽、處理過的硼砂與氧化鎂按質量比30-40:10-20:40-50配合，制得磷酸鎂水泥。磷酸鹽優選為磷酸二氫鉀。磷酸鎂水泥中磷酸二氫鉀優選為工業級，純度為99.8% ;氧化鎂純度優選為85%。首先,將磷酸二氫鉀和硼砂分別用干燥設施干燥處理12h，溫度為50°C;將干燥過的磷酸二氫鉀和硼砂分別過150 μ m方孔篩，保證篩余量不超過10% ；處理過的磷酸二氫鉀和硼砂于密封、干燥的條件下單獨存放，各組分按適當比例配合即可制備成磷酸鎂水泥。硼砂優選為為工業級，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+為主的水化產物層，阻礙了MgO的溶解以及K+、PO43-與MgO顆粒的接觸，達到對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是以磷酸鹽和氧化鎂為主的酸堿中和反應。當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溶解產生Mg2+，溶解和擴散到液相中的Mg2+與Κ+、Ρ043_迅速反應生成無定形的鎂-磷酸鉀絡合物水化凝膠，即磷酸鹽水化產物MgKPO4.6H20。隨著反應的進行，產物逐漸結晶析出。由于體系中氧化鎂過剩，析出的產物就覆蓋在氧化鎂表面，形成一層水化產物膜將氧化鎂粒子緊密地連結成一體。隨著反應的繼續，溶液中的K+和PO/—逐步透過水化產物膜滲透到MgO顆粒表面，形成較多的水化產物，結晶產生體積膨脹導致水化產物膜破裂。使MgO又暴露于酸性溶液中，水化反應速度重新加快，生成大量的水化產物。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以MgO顆粒為框架、以磷酸鹽水化物為主要粘結料的結晶結構網，從而使磷酸鎂水泥硬化為有很高力學性能的硬化體。本產品的具體配方和使用方法取決于待修補區域的病害形式，有些石材的修補可化 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k用來調節和保證聯合速度足夠大的可行域。通過QP求解器求解所述標準二次規劃，從而得到QP統一協調的移動機械臂運動描述與規劃方法的最優解。與現有技術相比，本發明具有如下優點:以往，對移動機械臂的運動規劃控制，要么是先控制移動平臺的運動，要么是先控制機械臂的運動，不能對移動平臺和機械臂同時進行協調控制運動，控制過程較為繁瑣。本發明通過對移動平臺和機械臂運動學方程進行統一描述，建立QP統一協調的移動機械臂的冗余度解析方案，從而對移動平臺和機械臂同時進行協調控制運動，完成給定末端任務，避免了分別控制移動平臺或者機械臂運動帶來的額外工作量以及繁瑣過程。


圖1為本發明的流程圖。圖2為本發明的具體實施移動機械臂三維模型圖。圖3為本發明的具體實施移動平臺結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的描述，但本發明的實施方式并不限于此。圖1所示的QP統一協調的移動機械臂運動描述與規劃方法首先主要建立移動機械臂的QP統一協調的冗余度解析方案；然后運用QP求解器對二次規劃方案進行求解；下位機控制器根據求解結果控制移動機械臂的運動。

具體實施例一圖2展示了實現本發明的移動機械臂為一個三維的二輪驅動的移動機械臂。機械臂由六個連桿所組成，通過關節5、關節6、關節7、關節8、關節9和關節10連接。移動平臺包括兩個驅動輪:左驅動輪11和右驅動輪12。在本發明專利示例中，該機械臂關節5-10初始角度設置為
τ弧度，左驅動輪11和右驅動輪12初始角度設置為
τ弧度，即q(0) = [O, O, O, π /3, π /6, π , π/2，0]τ,其聯合角度上下極限設置為q土=[土 ，土 ±0.5236，±2.3562，±6.2832，±6.2832，±6.2832，±6.2832]τ弧度，其聯合速度上下極限設置為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械臂的前向運動學方程為
(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個連桿的長度，Ci = cos( Θ j), Si = sin( Θ J , Qi表示第i個關節的角度，1 = 1,2,…6, S32 = sin( Θ 3+ Θ 2), c32 = cos( θ 3+ Θ 2)，h表示第一個關節到移動平臺底部的距離。在該空間六自由度冗余度機械臂中，I =
7米，11=0.698 米。圖3為實現本發明的移動平臺結構示意圖。在這個具體示例中，通過對移動平臺的結構分析，求得二輪驅動的移動平臺運動學方程為
權利要求
1.一種QP統一協調的移動機械臂運動描述與規劃方法，其特征在于，包括如下步驟: ` 51.對移動機械臂，建立QP統一協調的冗余度解析方案，所述解析方案的最小性能指標為移動平臺和機械臂的聯合速度向量的二次函數，受約束于移動平臺和機械臂的統一描述方程、聯合速度極限和聯合角度極限； `52.將步驟SI的QP統一協調的移動機械臂冗余度解析方案運用QP求解器進行求解； `53.將步驟S2的求解結果傳遞給下位機控制器，驅動移動平臺和機械臂同時協調完成給定的末端任務。
2.根據權利要求1所述的QP統一協調的移動機械臂運動描述與規劃方法，其特征在于:所述步驟SI的QP統一協調的冗余度解析方案具體為:最小化
3.根據權利要求2所述的QP統一協調的移動機械臂運動描述與規劃方法，其特征在于:所述等式約束兩=4為移動平臺和機械臂的統一運動學描述方程，根據給定的移動機械臂，通過對其結構分析，求得具體的連接矩陣K。
4.根據權利要求2所述的QP統一協調的移動機械臂運動描述與規劃方法，其特征在于:所述步驟SI的QP統一協調的冗余度解析方案轉化為一個標準二次規劃:最小化
全文摘要
本發明提供了一種QP(二次規劃)統一協調的移動機械臂運動描述與規劃方法，包括如下步驟1)對移動機械臂，建立QP統一協調的冗余度解析方案，所述解析方案設計的最小性能指標為移動平臺和機械臂的聯合速度向量的二次函數，受約束于移動平臺和機械臂的統一描述方程、聯合速度極限和聯合角度極限；2)將步驟1)的QP統一協調的冗余度解析方案運用QP求解器進行求解；3)將步驟2)的求解結果傳遞給下位機控制器，驅動移動平臺和機械臂同時協調完成給定的末端任務。本發明特點在于，通過對移動平臺和機械臂的統一描述與規劃，控制移動機械臂的移動平臺和機械臂同時協調運動，完成給定末端任務。
文檔編號B25J9/16GK103144111SQ201310060690
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月26日 優先權日2013年2月26日
發明者張雨濃, 肖林, 金龍 申請人:中山大學