基于点触任务的可变形臂逆运动学求解
本文选题:可变形臂 + 旋量理论 ; 参考:《机器人》2017年04期
【摘要】:为了更好地适应家庭环境下的人机交互,设计了一款可根据任务需求相应调整连杆形状的四关节可变形操作臂.与传统刚性臂相比,可变形臂具有灵巧度高、成本低和本质安全等优势,但臂形的任意性也会给操作臂运动学逆解带来额外的困难.针对可变形臂的空间点触任务,本文通过引入"点触角"这一概念放松了末端执行器的姿态约束,从而使原本欠驱动的运动学逆解问题转化为了在满足点触位置约束下,以点触角最小为优化目标的冗余臂逆解优化问题.针对该问题的求解耗时和点触精度,在旋量模型的基础上分别提出了改进的序列二次规划法(SQP)和粒子群优化(PSO)与Paden-Kahan(PSO-PK)子问题混合算法.SQP方法直接在位置层面进行非线性最优化问题求解,实验结果显示该方法在臂形由特殊变为任意时求解耗时几乎不会增加,求解效率高,对可变形臂的在线实时控制具有一定意义;同时利用分层搜索法进行初值设定可以降低该算法陷入局部极值的概率.PSO-PK算法利用Paden-Kahan子问题法的解析逆解对粒子群优化算法进行降维,实验结果表明,该算法能够在保证点触位置无误差的情况下获得稳定的最小点触角,从而使点触性能得到提高.
[Abstract]:In order to better adapt to the human-computer interaction in the home environment, a four-joint deformable manipulator is designed, which can adjust the shape of the connecting rod according to the task requirements. Compared with the traditional rigid arm, the deformable arm has the advantages of high dexterity, low cost and essential safety, but the arbitrariness of the arm will bring additional difficulties to the inverse kinematics solution of the manipulator. In view of the space point contact task of deformable arm, the concept of "point antennae" is introduced to relax the attitude constraint of the terminal actuator, so that the inverse kinematics solution problem, which was originally underactuated, can be transformed to meet the point contact position constraint. Inverse solution of redundant arm with minimum antenna as optimization target. In view of the time consuming and point contact accuracy of solving the problem, Based on the spinor model, an improved sequential quadratic programming method (SQP) and particle swarm optimization (PSO) and Paden-Kahanen PSO-PKK (mixed algorithm) are proposed to solve the nonlinear optimization problem directly at the position level. The experimental results show that the time consuming of the method is almost no longer increased when the arm shape is changed from special to arbitrary, and the solution efficiency is high, which is significant for on-line real-time control of deformable arm. At the same time, using hierarchical search method to set the initial value can reduce the probability of the algorithm falling into local extremum. PSO-PK algorithm reduces the dimension of particle swarm optimization algorithm by using the analytical inverse solution of Paden-Kahan subproblem method. The algorithm can obtain stable minimum antennae without error of point contact position, so that the performance of point contact can be improved.
【作者单位】: 南开大学机器人与信息自动化研究所;天津市智能机器人技术重点实验室;
【基金】:国家自然科学基金(61375087) 天津市应用基础与前沿技术研究计划重点项目(15JCZDJC31200)
【分类号】:TP242
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 魏延辉;赵杰;朱延河;蔡鹤皋;;新型可重构机器人逆运动学的研究(英文)[J];西安电子科技大学学报;2008年01期
2 张艳丽;李树军;李景奎;;可重构模块化机器人逆运动学建模[J];机械设计;2008年11期
3 印峰;王耀南;夏汉民;;多关节机器人逆运动学问题的实时求解[J];中国机械工程;2010年10期
4 洪洲;;机器人逆运动学分析与仿真[J];计算机仿真;2010年05期
5 邵铁锋;;仿生学的气动柔性手指逆运动学算法研究[J];中国计量学院学报;2012年02期
6 任子武;王振华;孙立宁;;全局和声搜索方法及其在仿人灵巧臂逆运动学求解中的应用[J];控制理论与应用;2012年07期
7 龚长斌;游有鹏;;自动铺丝束机器人逆运动学问题的解析法[J];机械工程与自动化;2006年01期
8 刘松国;朱世强;王宣银;;基于矩阵分解的一般6R机器人实时高精度逆运动学算法[J];机械工程学报;2008年11期
9 郭维城;;曲臂式高空作业车正、逆运动学问题求解[J];沈阳工程学院学报(自然科学版);2010年04期
10 韩致信;严镭;任燕宏;;七自由度仿人机械手的逆运动学分析[J];科学技术与工程;2011年08期
相关会议论文 前6条
1 郭大猛;赵丽娟;戴丽;刘杰;;混凝土泵车臂架逆运动学模糊求解及仿真[A];第四届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2008年
2 魏星;张建斌;;仿生蟑螂机器人的行走控制算法研究与仿真[A];先进制造技术高层论坛暨第六届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2007年
3 陈善君;高元楼;;Tricept混联机器人逆运动学解析[A];中国航空学会液压气动专业2005年学术讨论会论文集[C];2005年
4 陈善君;高元楼;;Tricept混联机器人逆运动学解析[A];中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集[C];2006年
5 蒋平;陈辉堂;王月娟;;具有未知负载的机械臂工作空间控制方案[A];1991年控制理论及其应用年会论文集(下)[C];1991年
6 王奇志;徐心和;;二自由度机械手逆运动学问题解析求解与范例分析[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
相关博士学位论文 前1条
1 梅红;移动机械手的逆运动学及滑模变结构轨迹跟踪控制研究[D];山东大学;2009年
相关硕士学位论文 前4条
1 闫磊;拟人机器人参数化逆运动学及在轨装配的协调规划研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
2 马华栋;曲面工件超声检测的逆运动学及路径规划研究[D];浙江大学;2011年
3 曹俊琴;一种基于思维进化算法的神经网络求解机器人逆运动学问题[D];太原理工大学;2005年
4 吕晓俊;机器人机构逆运动学问题的模块化算法研究[D];东南大学;2006年
,本文编号:1922953
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/1922953.html