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专利号: 2020112513992
申请人: 西安工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种快速求解冗余自由度机器人逆解的方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1,采用D-H法建立机器人的正运动学模型;

步骤2,确定机器人各关节的角度范围;

步骤3,改进量子粒子群算法;

步骤4,建立机器人逆解评价指标;

步骤5,将所述机器人逆解评价指标作为优化目标,采用改进量子粒子群算法求解冗余自由度机器人逆解。

2.如权利要求1所述的一种快速求解冗余自由度机器人逆解的方法,其特征在于,所述步骤1具体为:机器人第i个关节变换矩阵 为:

式(1)中, 为机器人第i个关节变换矩阵,di为连杆长度,αi为连杆扭转角,ai为连杆偏移量,θi为关节角;

将机器人各关节的变换矩阵依次相乘,得到机器人的末端相对于基坐标的变换矩阵式(2)中, 为机器人的末端相对于基坐标的变换矩阵;

通过式(2)构建正运动学模型。

3.如权利要求2所述的一种快速求解冗余自由度机器人逆解的方法,其特征在于,步骤

2具体为:

根据工作空间的限制和工作任务的要求,确定机器人各关节的角度范围。

4.如权利要求3所述的一种快速求解冗余自由度机器人逆解的方法,其特征在于,步骤

3具体为:

步骤3.1,初始化量子粒子群中M个粒子的位置向量,并计算各个粒子的适应度,设置最大迭代次数为T;

步骤3.2,给粒子个体极值pbest及全局极值gbest赋初值;

步骤3.3,设定自适应收缩-扩张系数β,β=λ1×rate+λ2×ag+λ3            (3),式(3)中,λ1<0,λ2>0,λ3=1,rate=f(mbestt)/f(mbestt-1),表示量子粒子群算法在运行过程中全局最优值的变化速率, 表示量子粒子群的当前聚集度,t为当前迭代次数;β是一个小于1.782的常数;

步骤3.4,根据式(4)计算量子粒子群平均最优位置:式(4)中,mbestd为量子粒子群平均最优位置,pbestid为粒子最优位置;

步骤3.5,计算粒子的当前适应度值,并与前一代的适应度值进行比较,如果当前适应度值小于前一代适应度值,则将粒子位置更新为粒子当前的位置;

步骤3.6,计算量子粒子群当前的全局最优位置,比较当前的全局最优位置与前一代全局最优位置,如果当前的全局最优位置适应度值好,则将量子粒子群的最优位置更新为当前的全局最优位置;

步骤3.7,根据式(5)计算粒子的每一维,得到一个随机点的位置;

式(5)中, pbestid为粒子最优位置,gbestd为量子粒子群的最优位置;

步骤3.8,根据式(6)得到粒子的新位置;

式(6)中,u=rand(0,1),xid(t+1)为粒子的新位置,gid为一个随机点的位置,mbestd为量子粒子群平均最优位置,t为当前迭代次数;

步骤3.9,若没有达到最大迭代次数T,则重复步骤3.4~3.8,否则结束。

5.如权利要求4所述的一种快速求解冗余自由度机器人逆解的方法,其特征在于,所述机器人逆解评价指标的适应度函数为:n

θ∈R|θk,min≤θk≤θk,max,k=1,2,3...n               (8),式(7)、(8)中,(x1,y1,z1)为机器人末端的位置,(x2,y2,z2)为机器人末端的实际位置,θk为机器人的关节角度,θk,min、θk,max分别为机器人的关节所能到达的最小、最大角度,R为任意实数。

6.如权利要求5所述的一种快速求解冗余自由度机器人逆解的方法,其特征在于,所述步骤5具体为:步骤5.1,初始化量子粒子群

初始化机器人中M个关节的位置向量,在机器人各关节的角度范围内随机产生关节角度;

步骤5.2,将M自由度的机器人代入式(4)中求解机器人各关节的平均角度;

步骤5.3,计算适应度值

根据正运动学模型求解出期待位置,计算各关节的位置,代入式(7)求解出各关节的位置误差;

步骤5.4,如果机器人各关节转角超过受限的关节范围,淘汰这个解,并用上一代的解代替;

步骤5.5,利用改进量子粒子群算法迭代产生新的解,更新机器人各关节角度,达到最大迭代次数T后结束,否则返回步骤5.2。