[發明專利]一種快速求解冗余自由度機器人逆解的方法

有效

• 申請號: 202011251399.2
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112428267B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 王文杰;曹玉婷;陳聰聰;王曉華;張蕾;何夢玲;麻健偉
• 申請（專利權）人: 西安工程大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G06N3/00;G06N10/60
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

本發明公開了一種快速求解冗余自由度機器人逆解的方法，采用D?H法建立機器人的正運動學模型；確定機器人各關節的角度范圍；改進量子粒子群算法；建立機器人逆解評價指標；將機器人逆解評價指標作為優化目標，采用改進量子粒子群算法求解冗余自由度機器人逆解。本發明一種快速求解冗余自由度機器人逆解的方法，解決了冗余自由度機器人逆解求解時速度慢，準確性不高的問題。

技術領域

本發明屬于機器人運動求解技術領域，具體涉及一種快速求解冗余自由度機器人逆解的方法。

背景技術

為了更好地對冗余自由度機器人進行位置控制，需要快速求解冗余自由度機器人逆解。目前，求解冗余自由度機器人逆解的方法主要有幾何解析法，偽逆法，智能算法等，但是，幾何解析法需要滿足特殊構型，偽逆法存在累積誤差，傳統的智能算法收斂速度不夠快。傳統的粒子群算法雖然應用廣泛，但是存在收斂速度慢、易陷入局部極值的缺陷，所以，研究一種求解機器人運動學逆解的方法是很有必要的。

發明內容

本發明的目的是提供一種快速求解冗余自由度機器人逆解的方法，解決了冗余自由度機器人逆解求解時速度慢，準確性不高的問題。

本發明所采用的技術方案是一種快速求解冗余自由度機器人逆解的方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1，采用D-H法建立機器人的正運動學模型；

步驟2，確定機器人各關節的角度范圍；

步驟3，改進量子粒子群算法；

步驟4，建立機器人逆解評價指標；

步驟5，將機器人逆解評價指標作為優化目標，采用改進量子粒子群算法求解冗余自由度機器人逆解。

本發明的特點還在于：

步驟1具體為：

機器人第i個關節變換矩陣為：

式(1)中，為機器人第i個關節變換矩陣，d_i為連桿長度，α_i為連桿扭轉角，a_i為連桿偏移量，θ_i為關節角；

將機器人各關節的變換矩陣依次相乘，得到機器人的末端相對于基坐標的變換矩陣

式(2)中，為機器人的末端相對于基坐標的變換矩陣；

通過式(2)構建正運動學模型。

步驟2具體為：

根據工作空間的限制和工作任務的要求，確定機器人各關節的角度范圍。

步驟3具體為：

步驟3.1，初始化量子粒子群中M個粒子的位置向量，并計算各個粒子的適應度，設置最大迭代次數為T；

步驟3.2，給粒子個體極值pbest及全局極值gbest賦初值；

步驟3.3，設定自適應收縮-擴張系數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運行過程中全局最優值的變化速率，表示量子粒子群的當前聚集度，t為當前迭代次數；β是一個小于1.782的常數；

步驟3.4，根據式(4)計算量子粒子群平均最優位置：