基于改进适应度函数组合法的机器人逆运动学求解

提出基于分离重构方法获得智能算法的适应度函数,并与解析法相结合求解一般结构多自由度机器人逆运动学,一般结构满足至少一组相邻关节轴线交于一点。利用分离重构的方法构建分离重构适应度函数,使用智能算法验证分离重构适应度函数,求解出部分关节角,再结合解析法求出其余关节角。以一般结构的FANUC CRX 10iA型协作机器人为算例,使用改进的CMA ES算法验证分离重构适应度函数,仿真结果表明,在相同条件下求解的点对点运动中,单次平均求解时间为0.0040 s,适应度函数值稳定在10^(-7)数量级,且迭代收敛次数稳定在25次左右;在空间中对两种连续轨迹进行跟踪时,单次平均耗时分别为0.0068 s和0.0102 s,位置误差均稳定在10^(-7)m数量级,且各关节运动曲线平滑,提升了多自由度机器人逆运动学分析的效率和精度。以REBot V 6R型六自由度机器人为实验对象,基于VC++6.0创建MFC实验平台,进行连续的空间轨迹跟踪实验,仿真与实验结果验证了该方法的有效性。

改进混沌麻雀搜索算法及其在冗余机械臂逆运动学求解中的应用

针对冗余机械臂不满足Pieper准则,无法获得逆运动学封闭解的问题,提出一种自适应混沌麻雀搜索算法(ACSSA)。首先,利用佳点集均匀分布特性生成初始化种群;其次,引入自适应动态权重,用于平衡全局和局部搜索能力,提高种群多样性,改善陷入局部最优的问题;最后,引入高斯变异,加强局部搜索能力,同时产生Tent混沌序列,防止陷入局部最优。将ACSSA应用到冗余机械臂逆向运动学求解中,分别对空间点到点运动和空间连续轨迹跟踪两种工况进行仿真,并与CSSA和SSA进行对比。结果表明:在第一种工况下,ACSSA在收敛精度上提高了2个数量级,在算法稳定性上比CSSA、SSA分别高出2、3个数量级;第二种工况下,在计算值与理论值的绝对误差精度和稳定性这两个评定指标上,ACSSA较CSSA提高了1个数量级,较SSA提高了6个数量级。充分说明了ACSSA具有精度高、收敛速度快的特性。

CSSA算法在空间3R机械手逆运动学计算中应用

基于混沌麻雀搜索算法(Chaos Sparrow Search Algorithm)具有精度高,搜索能力强,收敛速度快等优点,提出一种将CSSA应用于多自由度机械臂逆运动学解的新方法。以空间3R机械手为例:首先用螺旋理论进行正向运动学建模并通过3R机械手空间几何关系,将关节空间划分为4个只有唯一逆解的子空间;其次通过雅可比矩阵行列式为0的方法求出3R机械手奇异位置;最后建立仿真,以各子空间边界作为约束条件,将子空间内的逆运动学求解转换为CSSA算法有约束寻优;验证CSSA算法求逆运动学解中的可行性;仿真结果表明,CSSA算法可精确求出3R机械手的所有逆运动学解,算法具有稳定性,收敛速度快且不受奇异性的影响。

基于分离-重构技术的6R机器人逆解新方法

提出一种利用分离-重构技术求6R机器人逆解的新方法。首先利用螺旋理论对机器人进行正向运动学建模,然后利用指数积公式的变换,证明了n自由度机器人的可分离性,以及重构连接的通用几何约束;最后以PUMA-560机器人为例,给出其分离及重新连接的几何约束条件。在满足约束条件的前提下,推导出各个关节角求解公式,最终求得机器人逆运动学解,且实际位姿与目标位姿误差数量级为10-13。所提出的新算法与D-H坐标法相比,计算速度提高了12%,且可避免奇异点的影响。

四足机器人Trot步态规划与仿真分析

为了提高四足机器人对角步态的稳定性,缓解对角步态摆动相两条腿不能同时着地的问题,从足端轨迹优化、足端初始位置选择这两方面进行步态规划。通过D-H法建立四足机器人运动学模型,几何法求运动学逆解。基于零冲击原则优化足端轨迹函数,选取8种不同的初始足端位置进行仿真。从足端冲击力、机体位移、俯仰角、滚动角、偏航角的变化等方面分析四足机器人运动的稳定性。对比仿真结果表明:采用优化后的足端轨迹、优选后的足端初始位置的四足机器人,对角步态运动更为稳定。

基于神经网络的四足机器人SLIP模型运动控制

根据四足哺乳动物形态设计的四足机器人,能够适应错综复杂的地形,且具有较强的运动属性。而对于四足机器人而言,运动的控制十分重要,所以对四足机器人运动过程中的跳跃控制问题进行了研究。首先,采用弹簧负载倒立摆模型(SLIP)对四足机器人结构进行简化处理,建立了简化模型的动力学方程,并分析了模型的运动过程以及着陆相与腾空相的转换条件。其次,在仿真平台中建立了SLIP动力学模型,通过动力学仿真得到了一份仿真样本数据,并利用这份样本数据训练了一个神经网络,其中样本考虑了四足机器人在与地面接触过程中由于碰撞和阻尼所消耗的能量。最后,在仿真平台中进行验证,给定模型的初始高度和水平速度,通过神经网络计算出合适的着陆角,得到期望的水平末速度和弹跳高度。实验结果表明,基于神经网络的方法可以较精确地实现对SLIP模型运动的控制。

改进适应度函数的CMA-ES算法在机器人逆运动学中的应用

针对机器人的逆运动学多解问题,本文利用“最佳柔顺性”规则,对适应度函数进行改进,提出了一种自适应协方差矩阵进化策略(CMA-ES)算法求逆运动学解的新方法。在原算法的基础上,将机器人各关节运动范围作为约束条件,在工作空间中获得唯一且平稳光滑的路径。以REBot-V-6R-6500型6自由度机器人为研究算例,结果表明:在点对点运动的逆运动学求解中,代表位置误差的适应度函数的平均值稳定在10^(-17)数量级;在空间螺旋轨迹连续跟踪的逆运动学求解中,求解的各关节轨迹平滑且唯一,代表位置误差的适应度函数的平均值稳定在10^(-32)数量级;在点对点运动和连续轨迹跟踪的逆运动学求解中,位置平均误差值均稳定在10^(-16)m数量级。

龙羊峡水电站溢洪道闸门及启闭机改造设计

龙羊峡水电站原设计溢洪道检修闸门为静水启闭,由溢洪道坝顶单向门机通过机械自动抓梁操作。鉴于溢洪道堰顶高程以上库容较大,改造检修门为事故门,使其具备动水闭门功能,提高弧形工作闸门的安全保障,从而确保工程的运行安全是十分必要的。本文结合现场条件,从技术、经济等方面对改造设备布置方案进行比选,最终采用定轮闸门固定卷扬式启闭机方案,可为相似工程提供技术参考。